ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ КИНЕТИКИ КОНДЕНСАЦИИ

Специализация 540417 – Теоретическая и математическая физика

Разработчики:

профессор, доктор физ.-мат. наук ___________________ А.К. Щекин

профессор, доктор физ.-мат. наук ___________________ А.П. Гринин

профессор, доктор физ.-мат. наук ___________________ Ф.М. Куни

Рецензент:

профессор, доктор физ.-мат. наук ___________________ В.П. Романов

Санкт-Петербург – 2003 г.

Содержание дисциплины

Темы лекций по дисциплине

1. Зависимость теплоты конденсации от размера зародыша жидкой фазы. Формула Срезневского.

2. Работа образования капли при неизотермической нуклеации.

3. Совместный учет размерных поправок к теплоте конденсации и зависимости поверхностного натяжения от температуры.

4. Двумерное равновесное распределение зародышей и критический зародыш в неизотермической нуклеации.

5. Роль флуктуаций температуры и квазиизолированности зародыша жидкой фазы в неизотермической нуклеации.

6. Уравнения материального и теплового баланса в квазиодномерной теории неизотермической нуклеации.

7. Стационарный поток и стационарное распределение околокритических капель в квазиодномерной теории.

8. Температуры докритических и околокритических капель.

9. Тепловое торможение роста закритических капель. Свободномолекулярный и диффузионный режимы роста капель.

10. Температуры закритических капель.

11. Спектр размеров закритических капель и время его формирования при неизотермической конденсации в замкнутой системе.

12. Выход на заключительную стадию неизотермической конденсации.

13. Двухмерное описание материального и теплового баланса частиц зарождающейся жидкой фазы с парогазовой средой.

14. Двухмерное уравнение Зельдовича-Френкеля в кинетике неизотермического зарождения жидкой фазы.

15. Тепловая релаксация частиц зарождающейся жидкой фазы.

16. Влияние температуры частиц жидкой фазы на скорость неизотермической нуклеации в двухмерной теории.

Примерные темы типовых расчетов

• Вывод формулы Срезневского и размерных поправок к этой формуле для малых капель.

• Расчет температуры околокритических капель.

• Расчет температуры закритических капель.

• Итерационное решение интегрального уравнения материального баланса вещества с учетом теплового баланса в системе.

• Вывод двумерного уравнения Зельдовича-Френкеля в кинетике неизотермического зарождения жидкой фазы.

Примерный перечень вопросов к экзамену по курсу

1. Формула Срезневского.

2. Работа образования капли при неизотермической нуклеации.

3. Совместный учет зависимости поверхностного натяжения от температуры капли и поправок к теплоте конденсации, обусловленных малым размером критической капли.

4. Двухмерное равновесное распределение зародышей.

5. Критический зародыш в неизотермической нуклеации.

6. Скорость испускания молекул из зародыша.

7. Роль флуктуаций температуры и квазиизолированности зародыша жидкой фазы в неизотермической нуклеации.

8. Вывод уравнений материального и теплового баланса в квазиодномерной теории неизотермической нуклеации.

9. Стационарный поток и стационарное распределение околокритических капель в квазиодномерной теории.

10. Температуры докритических и околокритических капель.

11. Тепловое торможение роста закритических капель.

12. Температуры закритических капель.

13. Тепловые эффекты первого рода.

14. Система уравнений для распределения закритических капель по размерам.

15. Характеристики спектра размеров капель и время его формирования при неизотермической конденсации в замкнутой системе.

16. Выход на заключительную стадию неизотермической конденсации.

17. Тепловые эффекты второго рода.

18. Двухмерное описание материального и теплового баланса частиц зарождающейся жидкой фазы с парогазовой средой. Характерные малые параметры.

19. Переход к континуальной форме кинетического уравнения. Вывод двухмерного уравнения Зельдовича-Френкеля в кинетике неизотермического зарождения жидкой фазы.

20. Тепловая релаксация частиц зарождающейся жидкой фазы.

21. Влияние температуры частиц жидкой фазы на скорость неизотермической нуклеации в двухмерной теории.

Литература

Основная

1. Kuni F.M., Grinin A.P., Shchekin A.K. Physica A. 1998. V.252. P.67-84.

2. Гринин А.П., Куни Ф.М. Вестник ЛГУ. 1989. Сер. 4. Вып. 2. (N 11). С.91-93.

3. Куни Ф.М. Коллоидн. журн. 1984. Т. 46. № 4. С.682-690.

4. Куни Ф.М. Коллоидн. журн. 1985. Т. 47. № 1. С.39-47.

5. Куни Ф.М. Коллоидн. журн. 1985. Т. 47. №2. С.284-293.

6. Куни Ф.М. Коллоидн. журн. 1985. Т. 47. №3. С. 498-504.

7. Куни Ф.М. Коллоидн. журн. 1986. Т.48. №2. С.270-276.

8. Гринин А.П., Куни Ф.М. Коллоидн. журн., 1990, т. 52, № 1. С.21-28

9. Куни Ф.М., Гринин А.П. Коллоидн. журн., 1990, т. 52, № 1. С.54-61.

10. Гринин А.П., Куни Ф.М. Коллоидн. журн., 1990, т. 52, № 2. С.351-357.

11. Куни Ф.М., Гринин А.П. Коллоидн. журн., 1990, т. 52, № 2. С.277-285.

12. Щекин А.К. Коллоидный журн. 1986.Т.48. №.5. С.980-987.

4.3.2.Дополнительная

1. McGraw R., LaViolette R.A. J. Chem.Phys. 1995. V.102. №22. P.8983-8994.

1. Цель изучения дисциплины: введение студентов, обучающихся по учебному плану кафедры статистической физики, в круг представлений и проблем современной кинетической теории зарождения новой фазы, учитывающей неизотермичность фазового превращения.

2. Задачи курса: знакомство с феноменологическим (квазиодномерным) описанием кинетики неизотермической нуклеации, с термодинамикой квазиизолированных малых объектов, описание тепловых эффектов первого и второго рода, построение последовательно двухмерной кинетической теории неизотермической нуклеации.

3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника: курс опирается на общий курс «Термодинамика и статистическая физика», на спецкурсы «Введение в статистическую физику» и «Основы теории нуклеации»; курс вводит обучающихся в современное состояние науки о фазовых переходах и дает возможность для самостоятельной работы в этой области; формируемое при изучении курса понимание природы неизотермического фазового перехода и статистических методов его кинетического анализа расширяет теоретический кругозор студентов как будущих специалистов по теории фазовых переходов.

4. Требования к уровню освоения дисциплины «Тепловые эффекты кинетики конденсации»

• знать основные типы тепловых эффектов при неизотермической нуклеации,

• понимать и уметь описать роль флуктуаций температуры при испускании молекул зародышем новой фазы и роль квазиизолированности зародышей,

• уметь связать термодинамические характеристики зародыша с кинетикой неизотермической нуклеации,

• уметь выводить кинетические уравнения материального и теплового баланса при феноменологическом подходе,

• уметь описать стадию формирования спектра размеров капель,

• уметь описать выход на заключительную стадию неизотермической нуклеации

• знать вывод и методы исследования кинетического двухмерного уравнения неизотермической нуклеации.

Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля