Effect of Phase Changes of Dispersal Phase Strains on Hydrodynamics of Liquid Emulsions

Abstract

Работа посвящена анализу фазовых превращений при использовании эмульсий несмешивающихся жидкостей для охлаждения твердых поверхностей нагрева. Изучено влияние парообразования внутри низкокипящих капель дисперсной фазы на характеристики турбулентного течения сплошной среды жидкостной эмульсии. Рассмотрены структуры парожидкостных агрегатов, формирующиеся при различных сценариях образования и роста пузырьков пара в объеме диспергированных капель. Каждой структуре соответствует свой режим сложного процесса теплообмена, который обусловлен соответствующим составом возможных элементарных физических явлений. Показано, что изменение размера двухфазных капель при этом обусловливает неоднозначный характер взаимодействия их с потоком сплошной среды. Так капли, размер которых превышает микромасштаб турбулентных пульсаций, взаимодействуют с ними динамическим образом под воздействием инерциальных сил. В противном случае их взаимодействие носит иной характер, характеризующийся вязкими сдвиговыми напряжениями. Но в любом случае они вносят возмущения в поток сплошной среды, влияют на пульсации скорости в турбулентном потоке и усложняют характер теплообмена в эмульсиях. Таким образом, модели сложных процессов теплообмена в гетерогенных дисперсных системах с фазовыми превращениями необходимо формализовывать с системными структурными представлениями. В частности, использовать в качестве структурных элементов полуэмпирических соотношений механизмы элементарных физических явлений. Показано, как, исходя из физических представлений, формируются гипотетические структуры взаимосвязанных теплофизических и гидродинамических явлений. На основе таких структур обосновывают соответствующие им наборы безразмерных критериев, входящих в модельные соотношения, адекватность и значения эмпирических констант которых устанавливаются сопоставлением с данными теоретического анализа и экспериментальных исследований. Ключевые слова: жидкостные эмульсии, турбулентность, фазовые превращения, парожидкостные капли, кипение, структура сложного теплообмена