Теоретическое и экспериментальное исследование неравновесных фазовых превращений в газожидкостных системах.

Представленный проект направлен на решение комплекса задач, связанных с моделированием физических процессов при интенсивных фазовых превращениях (дегазации, кипении, гидратообразовании) в сильно неравновесных газожидкостных средах, быстро приведенных в метастабильное состояние. Для достижения поставленной цели будут решены следующие задачи. Будет проведено теоретическое (аналитическое и численное) и экспериментальное исследование нестационарных неравновесных процессов абсорбции и десорбции одиночного и коллективного газовых пузырьков в пересыщенных и ненасыщенных растворах соответственно. Будет учтен эффект неизотермичности процесса, который при определенных условиях может существенно повлиять на процесс массообмена. Теоретически (аналитически и численно) исследован неравновесный процесс дегазации в высоковязких и низковязких жидких средах: выполнено моделирование роста газового пузырька (в модели будут одновременно учтены как инерционные, так и диффузионные механизмы) при конечной скорости декомпрессии; выполнено моделирование процесса суммарного превращения (одновременной нуклеации и роста ансамбля зародышей газовой фазы) с учетом конечной скорости декомпрессии и нестационарности (в случае высоковязких сред) частоты нуклеации. Все эти задачи универсальны и применимы к различным физическим системам, приведенным в метастабильное состояние, где происходит нуклеация, рост (и/или коллапс) газовых пузырьков - процессов, во многом предопределяющих состояние конкретной двухфазной системы. Будет экспериментально изучен процесс нестационарного вскипания недогретой воды на металлической поверхности с различной скоростью нагрева. Исследовано влияния степени нестационарности тепловыделения на основные параметры пузырькового кипения (температура нуклеации, максимальный диаметр пузырька, частота нуклеации, плотность центров парообразования). Проведен анализ результатов сопоставления существующих предсказательных моделей с полученными экспериментальными данными. Экспериментально и теоретически исследован процесс лазерно-индуцированного вскипания недогретой жидкости вблизи торца оптоволокна, по которому излучение передается вглубь жидкости. Исследовано влияния геометрии системы, типа жидкости, а также начальных условий и режимных параметров процесса (начальной температуры среды, мощности лазерного излучения и т.п.) на общую картину рассматриваемого процесса. Найдены зависимости параметров (скорости распространения, температуры и т.п.) горячей затопленной струи, генерируемой при коллапсе образованного в результате лазерного нагрева жидкости парового пузырька, от режимных параметров процесса. Будет экспериментально исследован процесс гидратообразования в водной пене, стабилизированной ПАВ, для различных составов пены, а также различных газов-гидратообразователей. Определено время нуклеации зародыша гидрата, скорости распространения фронта гидратообразования по пене, в зависимости от режимных параметров процесса (прежде всего, от термобарических условий, при которых происходит процесс гидратообразования). Исследован процесс формирования гидратных игл, образующихся на границе вспененная жидкость - однородная жидкость. Построены теоретические модели процесса гидратообразования на пене. Исследован процесс диссоциации полученного на пене газогидрата при повышении в системе температуры (или понижения давления). Все сформулированные выше задачи логически связаны и объединены единой тематикой: гидродинамические и тепломасообменные процессы в газожидкостных средах, приведенных в метастабильное состояние, сопровождаемые интенсивными фазовыми превращениями.