Non-Equilibrium Phenomena Near Vapor-Liquid Interfaces

A. Kryukov, V. Levashov, Yu. Puzina

Springer Briefs in Applied Sciences and Technology

This book presents information on the development of a non-equilibrium approach to the study of heat and mass transfer problems using vapor-liquid interfaces, and demonstrates its application to a broad range of problems.

It is known that in fluid dynamics boundary conditions are of huge importance because they have relevance to heat and mass transfer efficiency across interface surfaces. Especially, in cases where the boundary condition is for the interface of a vapor or gas–vapor mixture and its liquid phase some difficult problems appear, which are not yet made clear. This is because the derivation of the boundary condition requires detailed information of molecular phenomena at the interface, whereas the governing equations (the Navier-Stokes equations in fluid dynamics) can be derived from macroscopic conservation laws.

Thus there is great necessity to formulate correctly the discontinuity of initial and boundary conditions for precise and productive solutions of different interface transfer problems. The joint solution of the Boltzmann kinetic and fluid dynamic equations are used for the study. On the base of this approach the limiting matter possibilities in respect of transfer processes can be found. Another task is the study of the conjugate problem: vapor (vapor-gas) mixture – liquid (condensate) at condensation, evaporation and boiling.

The processes in following systems are investigated: superfluid helium (He-II), because efficiency of heat transfer in He-II is highest among all liquids, and liquid metals because thermal conductivity of these substances is very high. The application of above mentioned approach for determination of the shape of interface surface at non-equilibrium conditions in film boiling is presented.*

www.springer.com/engineering/mechanical+engineering/book/978-3-319-00082-4

Published in 2013

* Известно, что в гидродинамике постановка граничных условий определяет эффективность тепло и массопереноса на межфазных поверхностях. В тех случаях, когда граничное условие ставится для межфазной поверхности пара или смеси парогазовой и жидкой фазы, появляются некоторые проблемы, решение которых до сих пор не очевидно. Для постановки граничного условия требуется подробная информация о молекулярных явлениях на границе раздела, в то время как основные уравнения (уравнения Навье-Стокса в гидродинамике) могут быть получены из макроскопических законов сохранения. Таким образом, существует необходимость правильно сформулировать начальные и граничные условия для точных решений различных проблем при переносе через границу раздела фаз.

Совместное решение кинетического уравнения Больцмана и гидродинамических уравнений используются для изучения подобного рода проблем. На основе этого подхода предельные возможности среды в отношении процессов переноса могут быть найдены. Другой задачей является изучение сопряженной задачи: пар (парогазовая смесь) - жидкость (конденсат) при конденсации, испарении и кипении. Процессы в следующих системах исследуются: сверхтекучий гелий (He-II), поскольку эффективность теплопереноса в He-II является самой высокой среди всех жидкостей, и жидкие металлы, потому что теплопроводность этих веществ очень высока. Применение указанного выше подхода для определения формы поверхности раздела в неравновесных условиях при пленочном кипении также представлено.