Файл: Лебедев Д.П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме.pdf

Определению подлежат функции g(x) и параметры ß, Пі, ui, Ti. Для их определения имеется уравнение Больц­ мана и соотношение

выражающее равенство массовой скорости газа и ско­ рости звука на границе области, в которой действитель­ на гидродинамика.

Уравнение Больцмана (1-36) при отсутствии массо­ вых сил и df/dy = dfldz = 0 примет вид:

Из него следуют законы сохранения потоков массы, импульса и энергии:

Для определения интересующих нас параметров пі, Ти ui, ß, определяющих гидродинамические граничные условия,достаточно соотношений (1-41) и (1-43) —(1-45). Подставляя в (1-43) —(1-45) соотношение (1-37) и вы­ полняя интегрирование, получаем систему уравнений

2-1. СВОЙСТВА ЛЬДА — ВОДЫ

Лед, как и вода, является одним из наиболее аномаль­ ных веществ и в последнее время привлекает особое

с помощью инфракрасных спектров применяются такие современные методы исследований, как получение спек­ тров рассеяния льдом частиц высоких энергий (прото­ нов, нейтронов и др.) и электронный магнитный резо­ нанс, которые дают новые результаты для объяснения его аномальных свойств. В этом разделе будут рассмот­ рены только те свойства льда, которые .представляют существенный интерес для фазового перехода этого ве­ щества в вакууме (лед — пар) при осуществлении наи­ более распространенных способов энергоподвода (кон­ тактного, терморадиационного, токами высокой частоты и комбинированного энергоподвода).

Структурно-механические характеристики льда. В настоящее время нет еще строгих и научно обоснованных данных о геомет­ рической и динамической структуре кристаллической решетки льда, состоящей, как известно, из атомов кислорода и водорода. В соот­ ветствии с рентгеноскопическим анализом каждый атом кислорода в структурной схеме лыда окружен четырехгранником с четырьмя ато­ мами кислорода, расстояние между которыми равно 2,76 • ІО-8 см. Однако рентгеноструктурный анализ не дает информации о распо­ ложении атомов водорода.

Это обстоятельство послужило основой для создания, ряда струк­ турных моделей льда, в которых предполагается различное распо­ ложение атомов водорода относительно атомов кислорода в элемен­ тарной ячейке льда {Л. 2-19, 2-23, 2-26, 2-28, 2-45, 2-51]. •

В последние годы имеется ряд попыток построения количественной теории структуры льда — воды, среди ко­ торых наибольшего внимания заслуживают работы Немети ,и Шерага [Л. 1-15].

Плотность и коэффициенты расширения гексагонального льда.

Из геометрии решетки льда площадь водородной связи в основной плоскости выражается как а3У 3/2=1,77• ІО-15 см2 (а=4,51 • ІО- 8 см),

стоянных решетки) а и с от температуры при давлении 760 мм рт. ст.

21

Таблица 2-1

Параметры а и с решетки гексагонального льда и расчетные значения р, а и (1

для гексагонального льда приведена в табл. 2-1. Эти параметры были использованы для теоретического определения плотности и коэффициента расширения льда.

В экспериментальных исследованиях коэффициента термического расширения [Л. 2-14] кристаллы льда получали путем рассеяния и медленного охлаждения деаэрированной воды.

Рис. 2-1. Коэффициент линейного термического расширения одиноч­ ного кристалла льда при различ­ ных температурах.

Эксперименты проводились в поляризованном свете. Результаты представлены на рис. 2-1. Для штрихпунктирной кривой 1 (для рас­ ширения параллельно оптической оси) справедлива эмпирическая температурная зависимость коэффициента термического расшире­ ния:

где t — температура, °С.

Сплошная кривая 3 на рис. 2-1 построена по данным работы Якоба и Эрка [Л. 2-14]. В этой работе коэффициенты расширения льда определялись на ледяных стержнях диаметром 5 мм и длиной

22