Автор: Мартынюк М.М.

Издательство: РУДН

Год: 1999

Страниц: 332

Формат: DJVU

Качество: хорошее

 

В монографии изложены результаты исследований неравновесных фазовых превращений веществ при больших скоростях нагрева. На основе термодинамики и кинетики фазовых переходов дано описание характерных особенностей таких превращений: перегрев фазы выше точки равновесия фаз и ее распад в процессе гомогенной нуклеации зародышей новой фазы. Дано описание методики исследований фазовых превращений металлов при их нагреве импульсом тока. Приведены экспериментальные данные о перегреве твердых металлов в процессе их плавления и полиморфных переходов при скорости нагрева 106—107 К/с, а также данные о перегреве жидких металлов при скорости нагрева 10*—10'° К/с. Рассмотрен ряд физических процессов, которые связаны со взрывным переходом жидкости в пар, после ее перегрева до окрестности спинодали. Дано описание технологических процессов, в которых используется перегрев фаз и взрывное кипение жидкостей.

Монография предназначена для студентов, аспирантов, инженеров, технологов и научных работников разных специальностей, имеющих отношение к проблеме неравновесных фазовых превращений вещества.

 

В учебниках физики обычно дастся описание равновесных фазовых переходов первого рода, которые теоретически могут протекать при бесконечно малой скорости подвода тепла, незначительном отклонении системы от равновесного состояния, при постоянной температуре (температура равновесного перехода). В реальных условиях при заданной скорости нагрева исходной фазы всегда происходит отклонение системы от состояния равновесия. Это проявляется, в первую очередь, в том, что фазовый переход не начинается в точке равновесия фаз, а происходит перегрев исходной фазы выше этой точки. По этой причине температура воды в кипяшем чайнике выше 100° С.

Возможность существования перегретых метастабильных фаз следует из теории фазовых переходов. Однако экспериментально глубокий захо,.; . область метастабидьности фазы может быть реализован только при достаточно большой скорости нагрева, при которой влияние роста гетерогенных зародышей новой фазы, возникших на готовых центрах, незначительно.

Перегрев не может быть сколь угодно большим, так как существует граница термодинамической устойчивости фазы — спи-нодаль. При подходе к спинодали вступает в действие флуктуа-ционный механизм возникновения зародышей (гомогенное заро-дышеобразование), что обеспечивает быстрый распад метаста-бильной фазы.

Наиболее ярко процесс гомогенной нуклеации проявляется при импульсном нагреве жидкой фазы, что выражается во взрывном закипании жидкости, перегретой до окрестности спинодали (фазовый взрыв). Такой взрыв происходит также и после быстрого сброса давления с жидкости, предварительно нагретой под давлением до температуры, близкой к критической.

В монографии изложены результаты экспериментальных исследований процесса плавления, полиморфных переходов и перехода жидкость - пар в процессе нагрева металлов импульсом тока. Приведены экспериментальные данные для перегрева твердых металлов в процессе их плавления и полиморфных превращений при скорости нагрева 10е — 107 К/с, а также данные для перегрева жидких металлов при их нагреве со скоростью 108 — 1010 К/с. Большинство этих результатов получено на кафедре экспериментальной физики Российского университета дружбы народов под руководством автора монографии. В работе принимали участие бывшие аспиранты кафедры: Цап-ков В.И., Герреро Г.Э., Пантелейчук О.Г.,Ляховец В.Д., Карим-ходжаев И., Рамасами Баласубраманиан и Ан-нимр Абдулха-ким Касем. Всем им я выражаю искреннюю благодарность.

В монографии, на основе термодинамики и кинетики фазовых переходов, дано теоретическое описание процессов перегрева и распада фаз при большой скорости нагрева. При этом описании мне во многом помогли идеи моего учителя В.К.Семенчен-ко, а также результаты исследований В.П.Скрипова и П.А.Павлова.
В одиннадцатой главе рассмотрен ряд физических процессов, которые обусловлены взрывным переходом жидкости в пар: электрический взрыв проводников, взрывная электронная эмиссия, лазерный взрыв, взрыв метеоритов и комет, взрывное извержение вулканов, фазовый взрыв в энергетических установках. В последней главе приведены примеры различных возможных технических применений результатов научных исследований, изложенных в монографии. Содержание этих глав подчеркивает важность исследуемой нами научной проблемы и указывает на перспективы ее дальнейших исследований.