Взрывное вскипание перегретых газонасыщенных алканов

Байдаков В. Г.; Каверин А. М.; Панков А. С.

doi:10.31857/S0040364423040026

Взрывное вскипание перегретых газонасыщенных алканов

Authors: Байдаков В.¹, Каверин А.¹, Панков А.¹
Affiliations:
1. Институт теплофизики, Уральское отделение РАН
Issue: Vol 61, No 4 (2023)
Pages: 611-618
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0040-3644/article/view/232758
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423040026
ID: 232758

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Исследована кинетика спонтанного вскипания жидких алканов (метан, этан, пропан), насыщенных одним из следующих газов: гелий, водород, азот, метан. Методом среднего времени жизни определены температурная, барическая и концентрационная зависимости частоты зародышеобразования растворов в интервале (10⁴–10⁸) м^–3 с^–1. Измерения проведены при давлениях 1–2 МПа и концентрациях летучего компонента до 6 мол. %. Результаты экспериментов сопоставлены с классической теорией зародышеобразования в макроскопическом приближении. В отличие от чистой жидкости и жидкости, насыщенной гелием или водородом, температуры достижимого перегрева растворов, в которых растворенным веществом являются азот или метан, превышают их теоретические значения. Обсуждаются причины такого рассогласования.

References

Salla J., Demichela M., Casal J. BLEVE: A New Approach to the Superheat Limit Temperature // J. Loss Prev. Process Ind. 2006. V. 19. P. 690.
Pruess K., Narasimhan T.N. On Fluid Reserves and the Production of Superheated Steam from Fractured, Vapor-dominated Geothermal Reservoirs // J. Geophys. Research: Solid Earth. 1982. V. 87. P. 9329.
Sahagian D. Eruptive Shearing of Tube Pumice: Pure and Simple // Nature (London). 1999. V. 402. P. 589.
Rubin M.B., Noyes R.M. Thresholds for Nucleation of Bubbles of Nitrogen in Various Solvents // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. P. 993.
Abbasi T., Abbasi S.A. The Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion (BLEVE): Mechanism, Consequence Assessment Management // J. Hazard. Mat. 2007. V. 141(3). P. 489.
Hemmingsen E.A. Supersaturation of Gases in Water: Absence of Cavitation on Decompression from High Pressure // Science. 1970. V. 167. P. 1493.
Mori Y., Hijikata K., Nagatani T. Effect of Dissolved Gas on Bubble Nucleation // Int. J. Heat Mass Transfer. 1976. V. 19. № 10. P. 1153.
Forest T.W., Ward C.A. Effect of a Dissolved Gas on the Homogeneous Nucleation Pressure of a Liquid // J. Chem. Phys. 1977. V. 66. № 6. P. 2322.
Volmer M. Kinetik der Phasenbildung. Dresden–Leipzig, 1939.
Ward C.A., Balakrishnan A., Hooper F.C. On the Thermodynamics of Nucleation in Weak Gas-liquid Solutions // Trans. ASME. 1970. V. 92. № 4. P. 695.
Несис Е.И., Френкель Я.И. Вскипание газированной жидкости // ЖТФ. 1952. Т. 22. С. 1500.
Дерягин Б.В., Прохоров A.B. К теории вскипания газированной жидкости // Коллоидный журнал. 1982. Т. 44. № 5. С. 847.
Куни Ф.М., Огенко В.М., Ганюк JI.H., Гречко Л.Г. Термодинамика распада пересыщенного газом раствора // Коллоидный журнал. 1993. Т. 55. № 2. С. 22.
Мелихов А.А., Трофимов Ю.В., Куни Ф.М. Теория преодоления активационного барьера при распаде пересыщенного газом раствора // Коллоидный журнал. 1994. Т. 56. № 2. С. 201.
Baidakov V.G. Nucleation in Superheated Gas-saturated Solutions: 1. Boiling-up Kinetics // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. № 8. P. 3955.
Baidakov V.G. Explosive Boiling of Superheated Cryogenic Liquids. Weinheim: Wiley–VCH, 2007. 340 p.
Staufer D. Kinetic Theory of Two-component (“Hetero-molecular”) Nucleation and Condensation // J. Aerosol Sci. 1976. V. 7. № 4. P. 319.
Trinkaus H. Theory of the Nucleation of Multicomponent Precipitates // Phys. Rev. B. 1988. V. 27. № 12. P. 7372.
Зицерман В.Ю., Бережковский А.М. Теория многокомпонентной нуклеации с обходом седловой точки // ЖФХ. 1990. Т. 64. № 7. С. 1795.
Bowers P.G., Hofstetter C., Letter C.R., Toomey R.T. Supersaturation Limit for Homogeneous Nucleation of Oxygen Bubbles in Water at Elevated Pressure: “Super-Henry’s Law” // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. № 23. P. 9632.
Bowers P.G., Bar-Eli K., Noyes R.M. Unstable Supersaturated Solutions of Gas in Liquids and Nucleation Theory // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1996. V. 92. № 16. P. 2843.
Kwak H., Panton R.L. Gas Bubble Formation in Nonequilibrium Water-gas Solutions // J. Chem. Phys. 1983. V. 78. № 9. P. 5795.
Байдаков В.Г., Каверин А.М., Скрипов В.П. Кинетика флуктуационного вскипания перегретого жидкого метана // Коллоидный журнал. 1980. Т. 42. № 2. С. 314.
Байдаков В.Г., Каверин А.М., Сулла И.И. Достижимый перегрев жидкого этана // ТВТ. 1989. Т. 27. № 2. С. 410.
Байдаков В.Г., Каверин А.М., Скрипов В.П. Кинетика флуктуационного вскипания перегретых пропана и изобутана// Журн. физ. хим. 1986. Т. 60. № 2. С. 444.
Зельдович Я.Б. Теория образования новой фазы. Кавитация // ЖЭТФ. 1942. Т. 12. № 11/12. С. 525.
Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М.: Наука, 1972. 312 с.
Байдаков В.Г. Спонтанное зародышеобразование в перегретых растворах гелия в метане // Коллоидный журнал. 2019. Т. 81. № 3. С. 281.
Каган Ю.М. О кинетике кипения чистой жидкости // Журн. физ. хим. 1960. Т. 34. № 1. С. 92.
Baidakov V.G., Kaverin A.M., Pankov A.S. Attainable Superheating of Liquid n-butane // Phys. Fluids. 2018. V. 30. P. 047102(5).
Baidakov V.G., Grishina K.A. Capillary Constant and Surface Tension of Methane–Helium Solutions // Fluid Phase Equilib. 2013. V. 354. P. 245.
Baidakov V.G., Kaverin A.M., Grishina K.A., Khotienkova M.N. Surface Tension of Alkanes Saturated with Helium or Hydrogen // Int. Phenomena Heat Transfer. 2018. V. 5. № 2. P. 97.
Baidakov V.G., Kaverin A.M., Khotienkova M.N., Andbaeva V.N. Surface Tension of an Ethane–Nitrogen Solution: 1. Experiment and Thermodynamic Analysis of the Results // Fluid Phase Equilib. 2012. V. 328. P. 13.
Kunz O., Wagner W. The GERG-2008 Wide-range Equation of State for Natural Gases and Other Mixtures: An Expansion of GERG-2004 // J. Chem. Eng. Data. 2012. V. 57. № 11. P. 3032.
Baidakov V.G., Khotienkova M.N. Surface Tension of Methane–Nitrogen Solutions: 2. Description in the Framework of the van der Waals Gradient Theory// Fluid Phase Equilib. 2016. V. 424. P. 402.
Baidakov V.G., Protsenko S.P., Bryukhanov V.M. Relaxation Processes at Liquid–Gas Interfaces in One- and Two-component Lennard–Jones Systems: Molecular Dynamics Simulation // Fluid Phase Equilib. 2019. V. 481. P. 1.
Protsenko S.P., Baidakov V.G., Teterin A.S., Zhdanov E.R. Computer Simulation of Nucleation in a Gas-saturated Liquid // J. Chem. Phys. 2007. V. 126. № 9. P. 094502(14).
Bryukhanov V.M., Baidakov V.G. Phase Equilibria and Stability Boundaries in a Two-component Lennard–Jones Mixture // Fluid Phase Equilib. 2022. V. 557. P. 113413.