Межфазных поверхностях

Задача IX-40. Определить массовый расход мазута в междутрубном пространстве трубопровода длиной L = .= 600 м и диаметром D = 200 мм, внутри которого соосно

Задача IX—40. Определить массовый расход М мазута '? , междутрубном пространстве трубопровода длиной L = 600 м и диаметром D = 200 мм, внутри которого соосно расположена труба внешним диаметром d •= JOB мм,

позволило установить, что при устойчивом поддержании заданной температуры нагреваемой воды не выше 60° С накипеобразования ни при москворецкой, ни при волжской воде практически не наблюдается, а небольшой налет легко смывается при ежегодной промывке. Все это позволило отказаться от разборности подогревателей и перейти на неразборную конструкцию. К сожалению, одновременно с этим был изменен диаметр патрубков для соединения секций подогревателей для горячего водоснабжения, что значительно увеличило потери напора в междутрубном пространстве.

Потери давления в 'подогревателе (для воды, проходящей по трубам и в междутрубном пространстве) определяются по общей формуле для шероховатых труб

При определении потерь давления воды в трубном пучке подогревателя основное значение имеет первый член, в междутрубном пространстве — второй член. По опытам ВТИ для подогревателей с соотношением сечения междутрубного пространства fM и присоединительных патрубков /п, близким к единице (fM/fn=l), потерю давления на одну секцию длиной 4 м можно определить по формуле

Расход воды в междутрубном пространстве, т/ч

Потеря давления по сетевой воде (в междутрубном пространстве) по формуле (7-11)

происходит только между ходами. Так как в междутрубном пространстве перемешивание очень незначительно даже при протекании

Катц и др. [Л. 11, 12] исследовали теплообмен фреона-12, кипящего в междутрубном пространстве горизонтального кожухо-трубного испарителя. Медные трубы, на которых кипел чистый фреон-12, имели длину 920 мм и диаметр 19 мм. Температура кипения /н = 12,8° С. Нагрев производился движущейся по трубам горячей водой. Для верхних рядов труб получены большие коэффициенты теплоотдачи, чем для нижних. Увеличение коэффициента по высоте авторы связывают с некоторой дополнительной турбу;

Коэффициент теплопередачи излучением в междутрубном пространстве пучка ал находится по номограмме в зависимости от суммарной силы поглощения и температуры потока, а также от температуры стенки. С уве-

Как было указано в § 4-5, водные растворы сплава СС-4 или СС-3 выгодно отличаются от самих сплавов большей интенсивностью теплообмена и значительно более низкой температурой замерзания. Однако для получения высоких температур в нагревательной установке в случае работы ее на водных растворах она должна работать под давлением. Это является основным недостатком водных растворов солей как высокотемпературного теплоносителя. Принципиальная схема (нагревательной установки, работающей на водных растворах сплава СС-4 или СС-3, изображена на рис. 7-17. Как видно из схемы, установка состоит из двух контуров: солевого контура с принудительной циркуляцией и водяного с естественной циркуляцией. Сущность работы установки сводится к использованию теплоты экзотермической реакции, протекающей в реакторах 1, для получения водяного пара заданных параметров. Работа ее сводится к следующему. С помощью циркуляционного насоса 3 осуществляется циркуляция водного раствора сплава по схеме: реакторы /, испаритель 2, смеситель 4. В результате этого тепло, воспринятое раствором в реакторе, передается в испарителе кипящей в междутрубном пространстве воде. Полученная пароводяная эмульсия поступает в сепаратор 7, где происходит разделение ее на пар, идущий к потребителю, и воду, которая снова поступает в испаритель. Выделяющиеся из кипящего раствора водяные пары из испарителя 2 поступают в конденсатор 5, где они полностью конденсируются питательной водою, поступающей в сепаратор 7 для производства водяного пара. Чтобы обеспечить постоянство концентрации водного раствора сплава в солевом контуре, конденсат, полученный в конденсаторе 5, непрерывно подается насосом 6 в смеситель 4, где происходит его смешение с раствором сплава, поступающего из испарителя. Регулируя количество конденсата, подаваемого в смеситель, можно в широком диапазоне изменить концентрацию раствора в солевом контуре вплоть до нулевого содержания о нем воды. При остановке системы весь солевой раствор спускается самотеком в бак-хранилище 8 через спускной вентиль 14 при открытом воздушнике 15. К остывающему в баке-хранилище водному раствору сплава добавляется вода в количестве, необходимом для того, чтобы остывший

Поверхность раздела между образующейся твердой и исчезающей жидкой фазами создает энергетический барьер при гомогенном возникновении зародышей, для преодоления которого необходима флуктуация энергии, равная A.FK. Поэтому энергетически более выгодно возникновение зародышей твердой фазы в кристаллизующейся жидкости преимущественно на готовых межфазных поверхностях. Такими поверхностями при гетерогенной кристаллизации могут быть поверхности твердых частиц, всегда существующие в технических расплавах.

На участке полной перекристаллизации (рис. 13.17,16) в металле проходят процессы аустенитизации, роста зерна и перераспределения легирующих элементов и примесей. Аустенитиза-ция — переход Fea -»• Fev. Этот переход для доэвтектоидных сталей происходит в интервале температур, причем в условиях неравновесного сварочного нагрева с большими скоростями он начинается и заканчивается при температурах более высоких, чем равновесные ЛС] и А сз. При нагреве до температур начала аустенитизации сталь получает структуру феррито-перлито-карбидной смеси. Переход в аустенитное состояние представляет собой фазовое превращение диффузионного типа. Превращение начинается на участках перлита. Зародыши аустенита образуются на межфазных поверхностях феррит—цементит. Поскольку на каждом участке перлита возникает несколько зародышей аустенита, превращение Fea ->- FeT приводит к измельчению зерна. При росте зародышей зерен аустенита вместе с перестройкой ОЦК решетки в ГЦК решетку возникает новая кристаллографическая ориентация последней. В результате исчезают границы бывших* аусте-нитных зерен и образуются новые границы при стыковке растущих зерен. После завершения этого процесса образуются так называемые начальные зерна аустенита. Чем дисперснее исходная структура стали, т. е. чем больше межфазная поверхность, на которой образуются зародыши зерен аустенита, тем меньше размер начального аустенитного зерна.

Любой многофазный материал представляет собой механический континуум, в интегральные характеристики которого каждая из фаз со своими механическими свойствами вносит определенный вклад. Кроме того, при внешнем нагружении композитного материала заметное влияние на поддающиеся измерению свойства вносят реологические взаимодействия на межфазных поверхностях раздела, возникающие из-за различия упругих и пластических характеристик фаз. Взаимодействия такого типа в одних случаях желательны, в других — нет.

Следует отметить, что все приведенные способы расчета массопереноса на границе раздела фаз [15 — 18] дают очень близкие количественные результаты, несмотря на различия в деталях анализа (расхождения при расчете /сум не превышают 20%). Однако нет оснований предполагать, что /и=/к=/ и отраженный поток молекул имеет невозмущенное максвеллов-ское распределение по скоростям. Эти предположения оправдываются лишь отсутствием фундаментальных знаний о процессах, происходящих на межфазных поверхностях, а также необходимостью упрощения расчетных формул.

В гетерогенных смесях на межфазных поверхностях раздела действуют поверхностные силы (давление, сила сопротивления, поверхностного натяжения и т. д.) и на каждую фазу в заданном элементарном объеме —• массовые силы (сила тяжести, электромагнитная сила и т. д.), причем отдельные фазы существуют в виде макроскопических включений (капель, пузырей, пробок и т. д.), в общем случае изменяющихся в пространстве и во времени. Тогда законы, описывающие межфазное взаимодействие, чрезвычайно осложняются, а проблема вывода основных уравнений сохранения многофазной среды сводится главным образом к правильному заданию сил и потоков энергии и массы на межфазной границе раздела.

Многочисленными исследованиями установлено, что зарождение новой фазы облегчается при наличии твердой шероховатой поверхности, плохо смачиваемой жидкостью. Поэтому наибольшее развитие реакция окисления углерода получает на поверхности подины и на других межфазных поверхностях, где имеются благоприятные условия для образования пузырьков СО (граница металл — шлак, металл — поднимающийся газовый пузырь, металл — неметаллические включения и т.д.).

банками, поскольку последние, располагаясь на межфазных поверхностях (например, у/у' — в жаропрочных никелевых сплавах), могут стабилизировать структуру и тем самым повысить ресурс деталей.

В работе [33] оценен вклад диффузионной ползучести в механизм релаксации напряжений при трансформационной деформации. Термоциклировакие производили по интенсивным режимам, и общая длительность цикла составляла 30 сек. Оказалось, что для достижения установленной в опыте скорости деформации необходимо увеличение коэффициента самодиффузии на три-четыре порядка. М. X. Шоршо-ров и А. С. Тихонов [257] предполагают, что подобное ускорение самодиффузии при сверхпластичности возможно вследствие резкого увеличения концентрации вакансий на межфазных поверхностях при температурах, близких к эвтектической. Основанием для этого служит обнаруженное авторами значительное ускорение диффузии в интервале температур сверхпластичности, которое можно объяснить тысячекратным увеличением истинной концентрации вакансий по сравнению с равновесной. Однако, насколько это можно распространить на полиморфные превращения железа, неизвестно. Клинард и Шерби [285] изучали диффузию в интервале критических температур железа и обнаружили ускорение диффузии под влиянием полиморфного превращения в несколько раз, что недостаточно для приближения расчетных данных к опытным. Отметим, кстати, что повышение пластичности под влиянием термо-циклирования может быть связано с накоплением микропор [336].

При отжиге сплава ВТ-15 в р-матрице выделяется а-фаза. Авторадиограмма-реплика, приведенная на рис. 215, характеризует распределение водорода в ВТ-15, отожженном при 800° С в течение 1,5 ч. Обогащения границы не наблюдается. Заметно, что кристаллы серебра и, следовательно, атомы водорода расположены на поверхностях раздела а- и р-фаз..По литературным данным, под воздействием медленного деформирования или высоких напряжений возникает направленная диффузия водорода в р-фазе [425], которая приводит к его накоплению у границ раздела фаз. Приведенные результаты показывают, что водород и в отсутствии напряжений локализован на межфазных поверхностях, причем не только в титановых сплавах, но ив ряде других. сплавов.

В сложном по фазовому составу железном сплаве — стали СН-3, в структуре которого присутствуют аустенит, мартенсит, о-феррит, карбиды и интерметаллиды, водород также локализован на всех межфазных поверхностях. Значительные сегрегации водорода имеются и по границам мартенситных пластин Это ЖОШ071СОтлЛаСуетСЯ С пРеДставлениями, развитыми в работах 142о, 427J. Их авторы наблюдали уменьшение водородопроницае-мости стали после закалки; наименьшей проницаемостью обладала мартенситная структура; эффект связали с деформацией кристаллической решетки при фазовом превращении, сопровождающейся образованием дефектов, способных служить «ловушками» для водорода. Рис. 217 таким образом характеризует -локализацию водорода на ловушках, возникающих в результате фазового наклепа.

При нагреве сталей выше Acl происходит превращение перлита в аустенит. Как правило, кристаллы аустенита (рис. 3.2, б) зарождаются на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом; в аусте-ните растворяется углерод распадающегося цементита.