Межфазовой поверхности

теплоты осуществляется путем теплопроводности из окружающего пузырек перегретого слоя жидкости через межфазную поверхность Fm и через поверхность под пузырьком Fc в основании. Теплота, подведенная к пузырьку, идет на испарение жидкости и работу расширения.

В спеченных образцах жидкий кобальт не может раздвинуть частичек и проникнуть по границе их контакта, так как при этом должна уменьшиться площадь контакта частиц WC — WC и увеличиться толщина прослоек кобальта, т. е. необходимо, чтобы в образец поступил некоторый объем жидкой фазы. Оттекание расплава •у-фазы от поверхности образца с образованием каналов, заполненных газообразной фазой, исключается, потому что замена межфазной поверхности твердое тело — жидкость на межфазную поверхность твердое тело — газ в системе WC — Со происходит с увеличением изобар но-изотермического потенциала системы.

Камеры орошения ОКС также предназначены для политропных и адиабатных процессов обработки воздуха водой. Оросительное устройство камеры имеет две системы обработки воздуха водой: политропную систему орошения, в которой осуществляется вертикальное распыление и затем вторичное дробление капель жидкости на сетках; адиабатную оросительную систему, которая обра-вует межфазную поверхность контакта методом противоточного распыла. Схема камеры ОКС представлена на рис. 5-22, технические характеристики — в табл. 5-9. Политропная система орошения оснащена форсунками УЦ14-10Х15 е выходным диаметром 14 мм, а адиабатная — форсунками УЦб-5,5 X 5,5 с выходным диаметром 6 мм. Расходные характеристики форсунок приведены «и рис. 5-23. Остальные характеристики камеры ОКС такие же, что и у камеры ОКФ.

В тех случаях, когда поток массы 'сквозь межфазную поверхность отсутствует, т. е. когда wrp=Wni=wn2 (например, иа непроницаемой поверхности твердого тела), уравнение (2-2-12) тождественно равно нулю, а уравнение (2-2-13) переходит в

В основу представленной на рис. 5 классификации положено существующее в отечественной литературе деление фазовых превращений по механизму атомных переходов и роли диффузии. При характеристике фазового превращения выделим два элемента — характер изменения упаковки, осуществляемого переходом атомов через межфазную поверхность, и диффузионные процессы, с которыми связано перераспределение компонентов между фазами. Эти элементы и явились основными классификационными признаками.

Второй классификационный признак не связан с механизмом перехода атомов через межфазную поверхность, а регистрирует лишь факт диффузионного распределения компонентов между фазами. В связи с этим для обеих групп можно указать структурные превращения, для которых

Массивные превращения, при которых фазовое превращение осуществляется нормальными (индивидуальными) переходами атомов через межфазную поверхность без перераспределения компонентов между фазами. Характерной особенностью их является образование фазы того же состава, что и исходная фаза. В этом отношении массивное превращение имеет много сходного с мартенсит-ным, оба они происходят безызбирательно. Однако, в отличие от мартенситного превращения, массивное превращение не ведет к образованию ориентированных кристаллов. В соответствии с данными [3381 кристаллы, растущие по массивному механизму, пересекают границы, существовавшие в высокотемпературной фазе, и приобретают более или менее равноосную форму. Это разрешает предположить отсутствие кристаллогеометрической связи между исходной и образующейся фазами.

При больших переохлаждениях образуются неравноосные и разветвленные кристаллы. Этому способствуют примеси. В сплавах рост кристаллов может контролироваться не переходом атомов через межфазную поверхность, а диффузионной доставкой их к этой поверхности. Особенно это важно для твердофазных превращений, сопровождающихся диффузионным перераспределением компонентов между фазами. В зависимости от переохлаждения (пересыщения) в этих сплавах формируются разнообразные структуры [129, 330]. В пересыщенных твердых растворах различных металлических систем при определенных условиях происходит:

Растворение избыточных фаз обычно происходит при нагреве, когда растворимость компонентов друг в друге увеличивается. Мелкие включения растворяются раньше крупных. Растворение избыточной фазы связано с переходом атомов растворенного компонента через межфазную поверхность и с последующей диффузией их в растворе. Во многих случаях удаление растворенных атомов от межфазной поверхности скомпенсировано поступлением атомов растворителя, так что растворившаяся часть избыточной фазы имеет состав и плотность упаковки твердого раствора. Однако в общем случае потоки атомов могут быть и нескомпенсированными. Удаление, например, растворенных атомов при трансформации избыточной фазы в твердый раствор может происходить быстрее, чем доставка атомов растворителя в превращенную область. Подобная ситуация складывается в диффузионных парах многих металлов при изучении эффекта Киркендалла — Френкеля [148, 191, 367]. В таких системах атомы обоих металлов диффундируют с помощью вакансий и из-за различия парциальных коэ'ф-фициентов диффузии в легкодиффундирующем металле наблюдается усадка и порообразование [148]. Формирование диффузионной пористости возможно и в случае, когда растворенные атомы диффундируют по междоузлиям, а атомы растворителя — с помощью вакансий, т. е. значительно медленнее. Если в указанных случаях зарождение пор и не происходит, избыточные вакансии оседают на дислокациях и границах или формируют призматические петли дислокаций или тетраэдры дефектов упаковки. Рассмотренные факторы, наряду с образованием дефектов в связи с появлением концентрационных градиентов в диффузионной зоне, ведут к повышению плотности дислокаций. Таким образом, ! с процессами растворения избыточных фаз может быть свя

Образование пор при растворении кристаллов избыточной фазы сопряжено с определенными трудностями. Помимо напряжений, возникающих в твердом растворе из-за наличия градиента концентраций и объемных изменений, на формирование пористости влияет нескомпенсирован-ность атомных потоков и механизм перехода атомов через межфазную поверхность. Избыточные вакансии, образующиеся при растворении включений, во многих случаях устраняются на границах зерен, дислокационных ступеньках или образуют призматические петли. Возникающее вблизи включений пересыщение вакансиями может оказаться достаточным для проявления свойств сверхпластичности и недостаточным для порообразования. Пористость, по-видимому, не формируется при растворении включений, сохраняющих когерентную связь с твердым раствором. Она, однако, легко возникает при растворении кристаллов типа графита, когда восстановление непосредственного контакта фаз возможно благодаря разрушению включений избыточной фазы. Аналогичная картина может наблюдаться и при растворении жидких включений.

При растворении жидкой фазы переход атомов через межфазную поверхность облегчен. Атомы жидкости легко перемещаются, и растворение ее обычно происходит быстрее, чем твердой фазы. Скомпенсированность атомных потоков не является необходимым условием растворения жидкой избыточной фазы. За счет текучести жидкости возможно быстрое восстановление непосредственного контакта фаз, если имеет место большое различие в диффузионной подвижности компонентов в твердом растворе. В случае жидкости облегчается и релаксация напряжений, возникающих в связи с развитием диффузионных процессов. Отсюда следует, что при растворении жидкости поры образуются легче, чем при растворении твердой фазы, нередко имеющей с твердым раствором когерентные границы. Растворенные газы снижают величину отрицательного давления, при котором происходит порообразование в жидкости.

Полагают, что это связано с изменением объемно-коллоидных свойств таких ингибиторов вследствие адсорбции ПАВ на межфазовой поверхности раздела мицелл и микрокапелек углеводорода. Таким образом, происходят своеобразная блокировка адсорбционно-активных групп коллоидного ингибитора и снижение его способности экранировать .поверхность металла от агрессивной среды.

Контактные аппараты, как правило, классифицируют по способу образования и структуре межфазовой поверхности, которая бывает капельной, пленочной, пенной и пузырьковой.

Пенные аппараты, в которых поверхность контакта образована газожидкостной эмульсией, состоящей из ячеек пены, выделяют в отдельный класс, так как условия тепло- и массообмена в них, связанные со структурой межфазовой поверхности, существенно отличаются от этих условий в остальных аппаратах.

Визуальные наблюдения за структурой межфазовой поверхности контакта показывают, что она является дискретной и состоит из цепочки перемещающихся сферических пузырьков, ячеек пены размером 5—10 мм [16]. Разновидностью пенных аппаратов являются циклонно-пенные и ударно-пенные аппараты, показанные на рис. 1-1 [16, 41].

Основным элементом, определяющим площадь и структуру межфазовой поверхности в данных аппаратах, является слой орошаемой насадки. В качестве насадки применяют различные реечные, листовые, пористые и насыпные материалы. Сравнительные данные некоторых орошаемых насадок приведены в табл. 1-1 [26], схема аппарата — на рис. 1-2.

Для инженерного расчета контактных аппаратов, как правило, применяют методы расчета тепло- и массобмена, представленные первым направлением. Оно характеризуется многообразием методов расчета контактных аппаратов, в известной мере отражающим сложность гидродинамической и теплофизической обстановки в их реактивных пространствах и, в особенности, различие способов образования межфазовой поверхности, ее структуры, а также ее неоднородность и полидисперсность.

По сравнению с зависимостью (4-60) имеем дополнительно параметрическое число подобия LD = L'/D'', с помощью которого можно будет учесть особенности геометрии межфазовой поверхности контакта сред. Критериальное уравнение интенсивности теп-ломассоообмена в общем виде с учетом LD запишется так:

Скорость конденсации пара на единицу длины канала определяется величиной межфазовой поверхности в данном объеме и конденсацией с единицы поверхности, для которой можно предположить существование зависимости вида

где А — коэффициент теплоотдачи при конденсации. Величина межфазовой поверхности в свою очередь зависит от структуры потока и истинного объемного паросодержания. Для пузырькового режима течения межфазовая поверхность на единицу длины пропорциональна числу пузырей и квадрату диаметра пузыря:

Когда кристаллы графита очень малы и отношение их поверхности к объему велико, прирост свободной энергии, связанный с образованием межфазовой поверхности, больше, чем уменьшение ее вследствие кристаллизации, образовавшиеся кристаллы неустойчивы и графит растворяется.

Двойной электрический слой возникает на любой поверхности, контактирующей с водным раствором электролита (в том числе на межфазовой поверхности коллоидов), либо за счет диссоциации поверхностных ионов твердой фазы, либо за счет адсорбции диспергированной фазой ионов одного знака из раствора. Возникшую обкладку ДЭС принято делить на два слоя: плотный (слой ионов, приближенный вплотную к поверхности) и диффузный. Приведенная толщина диффузного слоя м,

В а-фазе, образовавшейся иа поверхности, и в нижележащей у-фазе протекает диффузия насыщающего элемента, которая стремится изменить установившуюся концентрацию на межфазовой поверхности. Это приводит к развитию межфазовой диффузии, т. е. переходу атомов диффундирующего элемента из а-фазы в у-фазу, что восстанавливает пограничные концентрации на границе раздела фаз и передвигает ее в глубь обрабатываемого изделия. Скорость роста а-фазы будет тем выше, чем больше в ней подвижность диффундирующего элемента и чем медленнее протекает диффузия в у-фазе.