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過飽和體系中的氣核析出問題
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這個(gè)問題最先發(fā)在化學(xué)板塊，回帖不多哎，后來偶然發(fā)現(xiàn)這邊2年前有人討論過類似的，過飽和傳質(zhì)過程和沸騰傳熱的過程好像很類似，所以把問題整理了一遍貼在這邊，歡迎大家一起討論~ 以下是樓主為說明上述問題而做的演示實(shí)驗(yàn)： 經(jīng)過長(zhǎng)期靜置，被認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的過飽和CO2水溶液在密閉容器中依不同的速率降低體系壓強(qiáng)，可以得到不同的泡沫化過程。典型特征為：1，緩慢降低壓強(qiáng)，于容器壁某幾個(gè)定點(diǎn)持續(xù)產(chǎn)生上升的氣泡串；2，瞬間降低壓強(qiáng)，以肉眼的觀察速度，體系內(nèi)同時(shí)“均勻地”產(chǎn)生氣泡，瞬間渾濁，而后膨脹（先渾濁后膨脹），并迅速（1秒內(nèi)）膨脹到最大體積。 課本上的傳質(zhì)理論是需要先有一個(gè)界面，然后計(jì)算組分穿過這個(gè)界面的速率，相信蒸發(fā)過程也需要同樣的前提，就是要有這個(gè)界面。如果是均一的無雜質(zhì)液相是否就無法滿足這個(gè)形成氣泡的條件？這方面的資料書上沒提及。 析出氣體的問題描述如下： 1，在非理想狀態(tài)下的過飽和CO2水溶液體系中，初始?xì)馀菔欠癖仨氁揽恳延薪缑妫ɑ驓夂耍﹣懋a(chǎn)生？（例如氣壓為10atm，不包括壓強(qiáng)很高的情況）我猜是需要吧？ 2，如果需要界面或氣核，在氣體析出的最初時(shí)刻（即從無到生成氣泡并脫離）是否同樣遵守傳質(zhì)理論的量化規(guī)律？是否有方法定量地討論界面上析出初始?xì)馀莸乃俾�？（直到它們脫離界面） 3，很早以前有文獻(xiàn)（見附注1）報(bào)道液相中若客觀存在氣核和顆粒，過了這么多年，這方面是否有進(jìn)展呢？氣核數(shù)量和體積如何確定？ 4，如果氣核存在，它們?cè)谝粋�(gè)高壓飽和的狀態(tài)下如何穩(wěn)定存在？我們假定這些氣核非常小，以至于并不能依靠浮力上升至液面，那么它們應(yīng)該由于巨大的氣泡表面張力而形成高壓強(qiáng)進(jìn)而溶解潰滅（注意這時(shí)候是高壓飽和狀態(tài)）。并且，這種氣核和近年來研究的納米氣泡有沒有關(guān)系？ 相關(guān)問題我還在繼續(xù)想，慢慢補(bǔ)充，歡迎各位蟲友過來討論。 附注1 發(fā)現(xiàn)一個(gè)在1987年水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯，潘森森，氣核尺度分布譜，的內(nèi)容： “Gates〔‘1曾將巳發(fā)表的空化核譜數(shù)據(jù)作過統(tǒng)計(jì),發(fā)覺:空化核密度函數(shù)N(R)在雙對(duì)數(shù)圖上是一些斜率大致相同的平行線,但彼此的數(shù)值可以相差2~3個(gè)數(shù)量級(jí)(見圖1)。固然,不同的研究工作者、用不同的方法對(duì)不同條件的液體介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量,其空化核譜是應(yīng)該有所不同的,但固體粒子譜與微氣泡譜混雜是使數(shù)據(jù)分散的主要原因。” 以及 “在中國(guó)船舶科學(xué)研究中心中350毫米水洞的水樣中,固體粒子是占極大多數(shù),而單位體積中各種尺度氣核的數(shù)量要比固體粒子的約低二個(gè)數(shù)量級(jí). 16屆國(guó)際水池會(huì)議空化委員會(huì)指出lsl,水中的空化核應(yīng)分為“有效核”和‘惰性核”兩類.有效核是對(duì)液體中的空化真正起作用的空化核,譬如氣核:而惰性核則是那些對(duì)液體空化沒有多大貢獻(xiàn)的粒子,譬如懸浮在液體中的不含寄生氣體的固體微粒等�！� 這里面提到的氣核在液體中客觀存在，盡管尚未見到全文，但僅就現(xiàn)有文字可以推測(cè)氣核的尺寸和數(shù)量密度服從某一規(guī)律。 沒想到從水動(dòng)力學(xué)里面找到了相關(guān)的點(diǎn) |
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氣泡成核是非穩(wěn)態(tài)的動(dòng)力學(xué)問題，已經(jīng)不適用傳質(zhì)理論了吧。至于樓主給的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，當(dāng)緩慢降低壓強(qiáng)的時(shí)候，成核驅(qū)動(dòng)力，也就是過飽和度比較低，異相成核的能壘可以滿足但是均相成核需要的自由能達(dá)不到，就只能在壁面發(fā)生成核，快速降低壓強(qiáng)的時(shí)候過飽和度瞬間劇烈上升，超過了均相成核的成核自由能，所以整個(gè)體相都會(huì)發(fā)生成核現(xiàn)象。 氣體析出的初始階段，時(shí)間很短，動(dòng)力學(xué)主要是又慣性力控制的；隨后才轉(zhuǎn)變?yōu)閭髻|(zhì)控制。 這些貌似都是文獻(xiàn)里面已經(jīng)很公認(rèn)的觀點(diǎn)了。 至于成核動(dòng)力學(xué)，CNT，DFT，都有相關(guān)的理論研究。 |
2樓2016-10-28 14:57:13
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