Образование застойных

Поэтому при больших степенях переохлаждения (низких температурах) вследствие уменьшения скорости диффузии (коэффициента диффузии D) (рис. 22) образование зародышей и их рост затруднены. Вследствие этого, число зародышей и скорость их роста уменьшаются. При очень низких температурах (большой степени переохлаждения) диффузионная подвижность атомов столь мала, что большой выигрыш объемной свободной энергии AF при кристаллизации оказывается недостаточным для образования кристаллических зародышей и их роста (ч. з. = 0, с. р. = 0). В этом случае после затвердения должно быть достигнуто аморфное состояние. Для металлов в обычных условиях 1 реализуются лишь восходящие ветви скорости образования зародышей (ч. з.) и скорости роста (с. р.) (рис. 22 сплошные линии). Металл в этих условиях затвердевает раньше, чем достигаются степени переохлаждения, вызывающие снижение ч. з и с. р. Скорость образования зародышей и линейная скорость роста кристаллов определяют скорость кристаллизации. Средняя скорость изотермической кристаллизации v с увеличением степени переохлаждения, как и ч. з. и с. р. сначала растет, достигает максимума, а затем падает (рис. 22).

Гетерогенное образование зародышей. Образование зародышей в жидком металле по описанному механизму называется самопроизвольным (или спонтанным). Самопроизвольное образование зародышей на основе фазовых и энергетических флуктуации может происходить только в высокочистом жидком металле (гомогенное затвердение).

В технических металлах всегда присутствует большое количество различных примесей (окислов, неметаллических включений и т. д.), которые при определенных условиях облегчают образование зародышей; эти условия следующие:

Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно. Такое образование зародышей называют гетерогенным.

возникла разность свободных энергий между исходной и образующейся, новой, модификациями. В твердом металле в отличие от жидкого возможно достижение очень больших степеней переохлаждения. Полиморфное превращение по своему механизму кристаллизационный процесс и осуществляется путем образования зародышей и последующего их роста. Образование зародышей идет с соблюдением принципа структурного и размерного соответствия. Рост зерен новой фазы, например, а (при охлаждении) происходит путем неупорядоченных, взаимно не связанных переходов отдельных атомов (группы атомов) через межфазную pVa границу. В результате граница зерен a-фазы передвигается в сторону ис-ходных р-зерен, «поедая» их. Такой рост новой фазы может иметь место только при высоких температурах 1. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерна исходных кристаллитов или в зонах с повышенным уровнем свободной энергии. Вновь образующиеся кристаллы закономерно ориентированы по отношению к кристаллам исходной модификации. и h.e

Повышение устойчивости аустенита связано с гем, что бор, располагается преимущественно по границам зерен, тормозит образование зародышей перлита. Однако при повышенном содержании бора образуются бор иды железа, уменьшающие устойчивость аусте-ипта.

Второе слагаемое правой части (4.2) характеризует работу образования поверхности пузырька, которая зависит от физико-химических (в) и геометрических (FwjF) свойств поверхности. Величина ДФ тем меньше, чем хуже смачиваемость поверхности и чем большая часть газового зародыша соприкасается с ней. Выражение (4.2) определяет два направления активного воздействия на процесс появления зародышей: а) ухудшение локальной смачиваемости (увеличение в); б) создание условий для увеличения поверхности соприкосновения зарождающегося пузырька с твердой фазой FW/F. В частности, можно показать, что при ухудшенном локальном смачивании (в > я/2) и при наличии микроуглублений самой простой конической формы образование зародышей паровой фазы возможно без перегрева при термодинамическом равновесии.

Взаимодействие кислорода с чистой поверхностью металла протекает'в три этапа: 1) адсорбция кислорода, 2) нуклеация, т. е. образование зародышей, 3) рост сплошной оксидной пленки. На первых стадиях адсорбции пленка состоит из атомов кислорода, так как свободная энергия адсорбции атомов кислорода превышает свободную энергию диссоциации его молекул. Методом дифракции медленных электронов удалось установить, что атомы некоторых металлов входят в состав адсорбционной пленки и образуют относительно стабильную двухмерную структуру из ионов кислорода (отрицательно заряженных) и металла (положительно заряженных). Как уже говорилось в отношении пассивирующей пленки (разд. 5.5), адсорбционная пленка, составляющая доли монослоя, термодинамически более стабильна, чем оксид металла. На никеле, например, она сохраняется вплоть до точки плавления никеля [1 ], тогда как NiO разрушается вследствие растворения кислорода в металле *. Дальнейшая выдержка при низком давлении кислорода ведет к адсорбции на металле молекул О2, проникающих сквозь первичный адсорбционный слой. Так как второй слой кислорода связан менее прочно, чем первый, он адсорбируется не диссоциируя. Возникающая в результате структура более стабильна на переходных, чем на непереходных металлах [2]. Любые дополнительные слои адсорбированного кислорода связаны еще ^слабее, и наружные слои становятся подвижными при повышенных температурах, о чем свидетельствуют рентгенограммы, отвечающие аморфной структуре. Вероятно, ионы металла входят в многослойную адсорбционную пленку в нестехиометрических количествах и к тому же относительно подвижны. Например, обнаружено, что скорость поверхностной диффузии атомов серебра и меди выше в присутствии адсорбированного кислорода, чем в его отсутствие [3]. ;

Температура Тпл, при которой равновероятно как твердое, так и жидкое состояние, — равновесная или теоретическая температура кристаллизации. Затвердевание металла при этой температуре еще не происходит. Для кристаллизации необходимо образование зародышей и их рост в результате присоединения частиц контактирующей с ними жидкости. Это достигается при температуре ниже критической, т. е. при переохлаждении.

Большинство применяемых в промышленности металлов содержит достаточное количество нерастворимых примесей и гетерогенное зарождение центров кристаллизации в их расплавах происходит при переохлаждениях 1...10 К. Для интенсификации процессов гетерогенной кристаллизации, а также в целях регулирования размеров кристаллитов в расплав вводят модификаторы или катализаторы зарождения, стимулирующие образование зародышей. Эти вещества могут быть соединениями, нерастворимыми в расплаве и хорошо им смачивающимися, т. е. значения краевого угла с образующейся твердой фазой невелики, или химическими элементами, которые образуют с жидким расплавом соединения, способствующие зарождению центров кристаллизации.

Кинетика диффузионного превращения. Диффузионное превращение происходит по механизму «образование зародыша и рост новой фазы». Этот тип превращения подчиняется тем же общим закономерностям, что и процессы кристаллизации жидкости (см. гл. 12). Существуют некоторые особенности, связанные с твердым состоянием исходной и образующейся фаз и относительно низкой температурой превращений. Образование зародышей критических размеров сопровождается увеличением свободной энергии системы, равным /3 поверхностной энергии зародышей (остальные две трети компенсируются уменьшением объемной свободной энергии). Возникновение зародышей обеспечивается в результате флуктуационного повышения энергии в отдельных группах атомов. При превращении в сплавах образуются фазы, отличающиеся по составу от исходной, поэтому для образования зародыша необходимо также наличие флуктуации концентрации. Последнее затрудняет образование зародышей новой фазы, особенно если ее состав сильно отличается от исходной. Другой фактор, затрудняющий образование зародыша новой фазы, связан с упругой деформацией фаз, которая обусловлена различием удельных объемов исходной и образующейся фаз. Энергия упругой деформации увеличивает свободную энергию и, подобно поверхностной энергии, вносит положительный вклад в баланс энергии. Критический размер зародышей и работа их образования уменьшаются с увеличением степени переохлаждения (или перегрева) по отношению к равновесной температуре 7*р*, а также при уменьшении поверхностной энергии зародыша.

Таким образом, в реальных укладках или засыпках целых шаровых твэлов одинакового размера в активной зоне реактора ВГР объемная пористость т может колебаться от ~0,26 до ~0,68. Физическая модель течения теплоносителя практически не зависит от типа активной зоны, и в случае канальной и бесканальной зон сечение по ходу элементарной струйки в шаровой ячейке характеризуется значительными изменениями, струйки могут сливаться и разъединяться; имеет место образование застойных вихревых зон с турбулентным обменом энергии и массы с движущимся потоком.

Образование застойных зон жидкости в реакционных аппаратах сильно увеличивает возможность возникновения коррозии за счет макропар неравномерной аэрации. Этому способствует отложение различных осадков в застойных зонах. Предупредитель-

Решение этих задач взаимосвязано друг с другом. Так форма детали играет роль как при общей коррозии (образование застойных зон, неравномерность обтекания потоком и т. п.), так и в процессах коррозионно-механи^еского разрушения (концентра-

На газомазутных котлах конструкция горелок должна исключать образование застойных или плохо вентилируемых зон в топке и газоходах котла. Каркасы топки и газоходов должны при работе под разрежением выдерживать внутреннее давление, превышающее атмсоферное не менее чем на 3 кПа, а при наддуве - превышающее

Требования к элементам конструкции, предназначенным для организации воздушного потока, заключаются в обеспечении наиболее полного использования охлаждающей способности наружного воздуха путем создания заданного скоростного поля в зоне теплообмена брызгальной градирни. Зону теплообмена воздушный поток должен заполнять целиком, полностью исключая образование застойных областей.

Интенсивность плавки в доменной печи в значительной мере определяется равномерностью распределения газового теплоносителя по сечению и объему шихты. С этой целью по периметру горна доменной печи устанавливают большое количество (иногда 30—40) фурм, через которые в объем печи подается с большой скоростью дутье. «Пробивная» способность высокоскоростных потоков дутья при указанном росте производительности доменной печи увеличивается, что позволит исключить образование застойных зон и интенсифицировать тепло- и массообмен по всему объему печи. При применении дутья высоконагретого восстановительного газа с целью повышения надежности работы фурмы могут быть неохлаждаемыми и изготовлены из углеродистых и графитовых материалов.

Изменение состава раствора, проходящего через слой смолы, вызывает различную степень колебания объема последней (набухания). Это обстоятельство учитывается при заполнении смолой геометрического объема колонки на 50—80%. В колонках, имеющих большое соотношение высоты слоя и диаметра, необходимо секционирование смолы, которая поддерживается на специальных, удерживающих смолу, сетках с незначительным гидравлическим сопротивлением. Этим одновременно достигается устранение слипания и окомкования смолы, исключается образование застойных зон и локальных каналов в слое смолы. В системе обвязки колонки трубопроводами должна быть предусмотрена возможность гидравлической промывки смолы от механических загрязнений и взрыхления, а также возможность многократного использования элюата. Входные и выходные штуцера целесообразно снабжать фильтрующими сетками во избежание забивки слоя смолы продуктами коррозии трубопровода и вспомогательного оборудования и закупоривания смолой всех коммуникаций запорнорегулирующей арматуры, импульсных трубок датчиков измерительных и контролирующих приборов.

Трансформаторы Очаги возникновения магнитных полей рассеивания. Образование застойных зон в баках трансформаторов за счет шламообразования, разбухания или смещения изоляции обмоток, неисправности маслосистемы. Дефекты вводов. Оценка эффективности работы систем охлаждения.

• изменения внутренней циркуляции масла в баке (образование застойных зон), в частности, у трансформаторов с большим сроком службы;

Образование застойных зон жидкости в аппаратах и трубопроводах сильно увеличивает возможность возникновения коррозии за счет образования микропар неравномерной аэрации. Этому способ-

Безусловно полезными для предупреждения ПСР являются также очистка коррозионных сред от растворенной меди путем ее сорбции на ионообменных смолах, применение электромембранной технологии, глубокая деаэрация раство-- ров, рациональное конструирование оборудования, исключающее образование застойных зон.

— обеспечивать быстрый сток жидких агрессивных сред с поверхности, исключая образование застойных зон.