В работе [] рассматриваются вопросы парообразования перегретой жидкости инициированного импульсами давления.

Процесс парообразования в перегретой жидкости достаточно изучен, однако воздействие импульсов давления на перегретую жидкость исследовано недостаточно. В связи с этим представляет интерес рассмотрение вопросов взаимодействия перегретой жидкости с ударной волной, образование и рост паровых пузырьков в перегретой жидкости, увеличение межфазной границы пар-вода.

В экспериментах производилась скоростная съёмка (104 к/с) перегретой капли воды, помещённой в среду расплавленного парафина. Возникновение зародыша пузыря в капле инициировалось электрическим разрядом. Снимки показали, что уже через 10-4 с после прохождения инициирующей ударной волны образуется зародыш пузырька радиусом R» 0,25 мм, и он начинает расти. В дальнейшем в процессе роста зародыша на его межфазной поверхности пар - жидкость образуются конусообразные углубления в жидкости, которые очень быстро преобразуются во вторичные пузырьки пара, окружающие первичный пузырь. Вблизи поверхности вторичных пузырьков образуются новые пузырьки и т.д. Процесс носит взрывной характер и уже через время порядка 10-3 с весь объем перегретой капли оказывается заполненным паровыми пузырьками, которые продолжают расти. Заканчивается этот процесс паровым взрывом с возникновением ударной волны.

Образование вторичных пузырьков может происходить по следующей схеме:

• рост радиуса первичного пузыря R, падение давления в нем до внешнего ро, рост толщины теплового пограничного слоя d;

• уменьшение толщины d на некоторых участках вследствие неравномерного роста поверхности парового пузыря, что вызывает некоторое повышение температуры поверхности этих участков над остальной поверхностью и появление термокапиллярного движения жидкости на границах этих участков, направленного на дальнейшее уменьшение толщины d;

• происходит лавинообразное уменьшение толщины d до минимальной вследствие преимущественного роста поверхности пузыря за счет более нагретых участков, т.к. в них поверхностное натяжение меньше;

• увеличивается испарение вследствие уменьшения d, что ведет к увеличению давления отдачи и образованию канала, направленного в глубь жидкости;

• устье канала замыкается действием сил поверхностного натяжения и в образовавшемся вторичном пузырьке формируется свой пограничный тепловой слой.

Будем считать, что толщина теплового пограничного слоя d в лавинообразном процессе уменьшается до dmin такого, при котором избыточное давление пара над перегретой жидкостью DP (DT ) уравновешивается средним давлением отдачи пара РОТд. Давление отдачи можно вычислить из закона сохранения импульса

где m,кг/см2 - поток массы пара от испаряющей поверхности жидкости; DW - приращение нормальной скорости пара.

Поток массы и приращение скорости можно определить по формулам

где l - теплоемкость жидкости; р - плотность пара, dmin - наименьшая толщина теплового, пограничного слоя в зоне роста вторичного пузыря. Отсюда получаем

где величину АР можно определить по формуле Клапейрона - Клаузиуса в виде

где v", v1 - удельные объемы пара и жидкости соответственно. Например, для .

DT =10 К dmin =1,6-10-8м.

В области, где d —> dmjn, величина d в лавинообразном процессе является функцией времени и площади этой области d = d(t,S). Точка d= dmjn является, очевидно, точкой минимума d. Условие минимума

Входящие в выражение (5) производные можно вычислить. Из соотношения d = Vat , где а - температуропроводность жидкости, получим

Величину dS/dt можно определить, считая, что все приращения поверхности первичного пузыря в лавинообразном процессе происходят за счет области, где d—» dmin, тогда

Вблизи точки минимума должно выполниться соотношение S d = Sm dmin ~ const, поэтому

где Sm - величина площади области, где 8 = 8min .

Подставляя (6), (7), (8) и используя известную зависимость радиуса пузыря от времени (4), получим соотношение для области минимума