自发冷凝现象 理论、实验与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1自发冷凝研究的历史 1

1.2自发冷凝的理论研究 6

1.3自发冷凝的实验研究 9

1.4自发冷凝研究的现实意义及其应用 13

第2章 自发冷凝的基本理论 16

2.1气体自发冷凝成核的经典热力学分析 17

2.1.1 van der Waals方程的亚稳态区 17

2.1.2过饱和度、过冷度与凝前Mach数 22

2.1.3液滴的临界半径 30

2.1.4湿空气的自发冷凝 36

2.1.5液滴增长的宏观分析 39

2.2气体自发冷凝成核的统计热力学分析 42

2.2.1描述宏观物质系统的微观粒子状态 42

2.2.2 Boltzmann粒子系统的经典描述与量子描述 43

2.2.3 Boltzmann粒子系统在自发冷凝成核中的应用 46

2.2.4 Gibbs自由焓与自发冷凝成核 49

2.2.5 Boltzmann粒子系统的一级近似——理想气体状态方程 50

2.2.6 Maxwell速度分布律与粒子碰撞率 52

2.2.7气体分子的速度分布 55

2.2.8液滴增长的微观分析 56

第3章 自发冷凝的成核理论 62

3.1概述 62

3.2对Gibbs自由焓作贡献的各个配分函数 63

3.2.1配分函数的分析 63

3.2.2平动配分函数ZT 64

3.2.3振动配分函数ZV 65

3.2.4转动配分函数ZR 66

3.2.5多个不同分子组成的体系的正则配分函数 67

3.2.6对Gibbs自由焓作贡献的其他因素 68

3.3自发冷凝的经典成核理论 69

3.4 Lothe-Pound的自发冷凝成核理论 72

3.4.1 L-P理论成核率 72

3.4.2 Feder修正的L-P理论成核率 75

3.4.3经典理论、L-P理论与F-L-P理论的比较 76

3.4.4有关表面张力的讨论 77

3.5自发冷凝的微观成核理论 83

3.5.1微观成核时Gibbs自由焓的计算模型 83

3.5.2自由核模型 83

3.5.3 Boltzmann粒子系统的二级近似——相互作用模型 85

第4章 双组分工质自发冷凝的成核理论 109

4.1双组分工质成核率的计算 110

4.2双组分系统的相变动力学 110

4.3双组分工质的自发冷凝成核理论 118

4.3.1双组分工质的经典成核理论 119

4.3.2双组分工质的Lothe-Pound成核理论 125

4.4系数C的影响因素 130

4.4.1非等温成核的影响 130

4.4.2双组分工质碰撞率的影响 131

4.4.3表面张力的影响 135

第5章 有自发冷凝的两相流动理论及其计算 137

5.1单组分工质有自发冷凝的两相流动方程 137

5.1.1连续方程 137

5.1.2动量方程 138

5.1.3能量方程 138

5.1.4状态方程 138

5.1.5液滴增长方程 139

5.2两相流动方程的求解 139

5.2.1速度分布与喷管截面积的关系 139

5.2.2临界速度和临界截面 140

5.2.3冷凝激波 141

5.3在Laval喷管中流动的微分方程组 142

5.3.1有自发冷凝的流动微分方程的简化 142

5.3.2湿度梯度 143

5.3.3喷管截面的变化 144

5.3.4等膨胀率 144

5.3.5微分方程组的数值解结果及其分析 145

5.3.6膨胀率与温度梯度和Mach数梯度 150

5.3.7冷凝激波与超声速激波 151

5.3.8在Laval喷管中有自发冷凝时的二维效应 152

5.3.9考虑流动损失的有自发冷凝的两相流动 157

5.4双组分工质有自发冷凝的两相流动 158

5.4.1露点温度的确定 159

5.4.2化学势的变化 159

5.4.3表面张力的计算 160

5.4.4双组分过饱和度的概念 160

5.4.5双组分工质有自发冷凝两相流动的计算结果及其分析 161

第6章 自发冷凝的实验研究及数据分析 166

6.1 Laval喷管方法 166

6.1.1自发冷凝一维流动的实验研究方法及测试 166

6.1.2用Laval喷管一维流动方法测试氮和氧-氮自发冷凝的优缺点 171

6.1.3自发冷凝二维流动的实验研究方法简介 172

6.2激波管方法 172

6.2.1激波管的基本原理 173

6.2.2激波管的基本理论及其计算 174

6.2.3激波管的实验设备及测试结果 180

6.3自由喷注方法 182

6.3.1自由喷注的基本理论 182

6.3.2自由喷注的实验设备 184

6.4云雾室方法 185

6.5单组分氮自发冷凝的实验结果及其分析 187

6.5.1氮的物理性质 187

6.5.2典型的测试结果 188

6.5.3试验结果分析 189

6.5.4试验数据的比较 191

6.6双组分氧-氮自发冷凝的实验结果及其分析 193

6.6.1典型的测试结果 193

6.6.2试验数据的比较及其分析 194

6.7低压水蒸气自发冷凝的实验结果及其分析 200

6.7.1水蒸气的物性参数 200

6.7.2水蒸气自发冷凝成核的试验数据 202

6.7.3湿空气中水蒸气的自发冷凝 204

6.8氟利昂-22自发冷凝的实验结果及其分析 207

6.9乙醇自发冷凝的实验数据及其分析 209

6.9.1纯乙醇的试验结果 209

6.9.2乙醇＋水混合物的试验结果 211

6.10锌自发冷凝的实验数据及其分析 211

6.11氨自发冷凝的实验结果及其分析 213

6.12氩自发冷凝的实验结果及其分析 214

6.13其他工质自发冷凝实验概述 215

第7章 自发冷凝理论的应用 218

7.1在跨声速低温风洞设计中的应用 218

7.1.1低温风洞的特点 219

7.1.2低温风洞温度等级的选择 222

7.1.3现有低温风洞简介 224

7.2在低温膨胀透平设计中的应用 225

7.2.1带液膨胀 225

7.2.2自发冷凝在设计低温透平膨胀机时的应用 227

7.2.3典型的带液低温透平膨胀机 229

7.3在研究大气云雾的形成及大气污染防治中的应用 230

7.3.1大气层的结构 231

7.3.2空气的组成及压强、温度与密度的垂直分布 232

7.3.3污染物的臭氧损耗潜势、滞留时间与温室气体 235

7.3.4自发冷凝在防治大气污染中的应用 237

7.4在其他科学技术研究中的应用 242

参考文献 245