ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Образование твердого конденсата на поверхности из "Вакуумные конденсаторы химического машиностроения" В работе [12] показана возможность применения законов геометрической оптики (в частности, закона Ламберта) для нахождения закономерностей распределения конденсата из паров металла на охлаждаемой поверхности в высоком вакууме. Расчет удельной плотности конденсата, т. е. количества вещества, осевшего на том или ином элементе поверхности конденсатора, ведется аналогично расчету освещенности этих же элементов источником света, геометрически подобным испарителю, но испускающим молекулярные потоки вместо световых. Оказалось, что распределение конденсата на поверхности непосредственно связано с формой источника испарения. Кроме того, весьма важное значение имеет расположение источника по отношению к поверхности конденсатора. [c.64] В условиях высокого вакуума, когда длина среднего свободного пробега достигает нескольких метров, испарившиеся атомы металла движутся в виде молекулярного пучка и подавляющее большинство испаренных атомов совершает путь от источника испарения до поверхности конденсации без столкновений. [c.64] Используя аналогию между прямолинейностью пути молекулярного потока металлического пара и светового потока, С. А. Векшин-ский нашел закономерности, управляющие распределением конденсата на охлаждаемой поверхности в условиях высокого вакуума. Им найдена функция распределения конденсата на поверхности. [c.64] На фиг. 33 схематически показано, каким образом вывод функции распределения может быть распространен на случай конденсации водяного пара в твердое состояние в цилиндрической трубе. [c.65] Возьмем теперь на этой же плоскости любой другой элемент й8, лежащий в том же телесном угле ш, что и элемент й8 , но не соприкасающийся со сферической поверхностью радиуса г. [c.65] Представляет собой функцию распределения, которая имеет чисто геометрическое происхождение и не связана с какими-либо представлениями о механизме испарения и конденсации. [c.66] На фиг. 34 приведены полученные с помощью фотоэлектрического метода экспериментальные данные, подтверждающие найденный закон распределения конденсата на поверхности [12]. [c.66] Кривая функции распределения изображает профиль холма, образованного на поверхности при конденсации паров металла. Для большинства металлов конденсация их паров на охлаждаемых поверхностях не сопровождается отражением атомов от поверхности. Каждый ударившийся о поверхность атом остается на ней. Однако для некоторых металлов неоднократно было обнаружено, что их атомы могут быть полностью отражены от холодной поверхности и конденсация вовсе не имеет места. [c.66] При поступлении пара в конденсатор по соединительной трубе можно считать, что источником испарения в равной степени является любая точка в той плоскости сечения трубопровода, где температура стенки приближается к температуре насыщения при данном давлении. Заменяя все источники, расположенные в этой плоскости, одним, помещенным в той же плоскости, но на оси, получим сосредоточенный источник испарения. Такой источник можно рассматривать как точечный. При этом исходим из предположения, что скорости молекул по сечению одинаковы. Функция распределения, найденная при таком допущении, как будет показано далее, может быть применена для описания многих встречающихся на практике профилей конденсата одним общим выражением. [c.67] Функция ф (а) представляет собой профиль слоя конденсата, который при заданных условиях сохраняется в любой момент времени. Функция распределения ф (а) дает возможность определить то сечение цилиндрической трубы, в котором толщина слоя льда будет максимальной. Найти значение ф зу (ац), а следовательно, и /ц можно, приравняв нулю первую производную функции ф (а). [c.67] Исследования конденсации водяного пара в условиях молекулярного потока подтвердили справедливость геометрического закона распределения конденсата, а также возможность его применения для нахождения распределения конденсата на внутренней поверхности цилиндра и на плоскости. Схема распределения конденсата в цилиндрической трубе, полученная экспериментальным путем, хорошо совпадает с графиком функции распределения, построенным по формуле (28). Интересно, что линия распределения за точкой максимума, образующаяся при конденсации водяного пара в высоком вакууме, близка к прямой линии, в то время как теоретическая кривая отклоняется от прямой. Такое несовпадение кривых распределения вызвано идеализацией процесса при выводе уравнения. Заменяя источники, расположенные в плоскости входного сечения, одним источником, сосредоточенным в точке пересечения оси конденсатора с этой плоскостью, не принимаем во внимание возможность сдвига молекул пара по отношению к источнику при отражении их от стенок входной трубки. [c.68] Вторым отличием экспериментальной кривой от теоретической в условиях высокого вакуума является некоторая выпуклость со стороны входа пара в конденсатор. Наличие выпуклости во входной части объясняется главным образом тем, что температура стенок конденсатора во время опыта значительно ниже температуры насыщения при давлении входа. [c.68] Распределение конденсата на поверхности в молекулярно-вязкостном и вязкостном режимах. Если процесс конденсации паров воды в высоком вакууме можно было рассматривать в первом приближении с позиции конденсации паров металлов, когда пар воды или металла полностью конденсируется на охлаждаемой поверхности, то рассмотрение с этих позиций конденсации водяного пара в условиях молекулярно-вязкостного режима может привести к ошибочным результатам. Конденсация паров большинства металлов на охлаждаемых поверхностях не сопровождается спонтанным испарением атомов металла от поверхности конденсатора. Каждый атом, ударившийся о поверхность, при Рк .Рс остается на ней. При конденсации пара в молекулярно-вязкостном и в особенности в вязкостном режиме следует учитывать спонтанное испарение молекул пара. Из представленных выше рентгеновских снимков видно, что на конденсацию водяного пара в молекулярно-вязкостном режиме существенное влияние оказывают физические параметры, определяющие режим конденсации. Такими параметрами являются давление, температура конденсации, габаритные размеры цилиндрического конденсатора. [c.68] Как видно из вывода уравнения распределения конденсата на охлаждаемой поверхности в высоком вакууме, аргумент функции распределения а определяется геометрическими величинами. Однако это справедливо только для молекулярного режима. С увеличением давления пара в объеме конденсатора, с изменением его температурных характеристик вид функции распределения будет также зависеть и от термодинамических параметров. [c.69] На фиг. 35 построены графики функции распределения при конденсации водяного пара в твердое состояние на внутренней поверхности цилиндрической трубы при различных давлениях и температурах. Сопоставление этих данных с рентгеновскими снимками показывает, что закон распределения хорошо описывается уравнением (29). [c.70] На фиг. 36 приведено сравнение расположения максимумов функции распределения ср х = Ф ( о), где подсчитано по уравнению (30) (пунктир), и полученных экспериментальным путем (сплошная кривая). [c.71] Прямолинейный закон распределения конденсата после точки максимума согласуется с полученными кривыми распределения давлений и температур при конденсации однородного пара. [c.71] Равномерное падение давления и распределения конденсата объясняется силами взаимодействия при движении однородного чистого пара в цилиндрическом конденсаторе. Во всех режимах конденсации однородного пара в твердое состояние работа сил взаимного притяжения имеет определяющее значение. Наличие спонтанного испарения не нарушает общих закономерностей движения однородной среды. [c.71] Следует отметить, что принятый закон распределения характеризуется тем, что относительное распределение конденсата на поверхности остается одним и тем же в любой момент времени. С течением времени абсолютные количества конденсата могут увеличиваться, но отношения этих количеств на соответствующих элементах поверхности остаются неизменными [12]. [c.71] Экспериментальная проверка показала, что образование слоя льда на поверхности соответствовало этому закону и величина поверхности, покрытая конденсатом, не менялась в течение опыта. Рентгеновские снимки, сделанные в различные моменты времени при одинаковых условиях опыта, приведены на фиг. 37. [c.71] Вернуться к основной статье