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wenk2222

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[交流] 过饱和体系中的气核析出问题

这个问题最先发在化学板块，回帖不多哎，后来偶然发现这边2年前有人讨论过类似的，过饱和传质过程和沸腾传热的过程好像很类似，所以把问题整理了一遍贴在这边，欢迎大家一起讨论~
以下是楼主为说明上述问题而做的演示实验：
经过长期静置，被认为达到稳定状态的过饱和CO2水溶液在密闭容器中依不同的速率降低体系压强，可以得到不同的泡沫化过程。典型特征为：1，缓慢降低压强，于容器壁某几个定点持续产生上升的气泡串；2，瞬间降低压强，以肉眼的观察速度，体系内同时“均匀地”产生气泡，瞬间浑浊，而后膨胀（先浑浊后膨胀），并迅速（1秒内）膨胀到最大体积。
课本上的传质理论是需要先有一个界面，然后计算组分穿过这个界面的速率，相信蒸发过程也需要同样的前提，就是要有这个界面。如果是均一的无杂质液相是否就无法满足这个形成气泡的条件？这方面的资料书上没提及。
析出气体的问题描述如下：
1，在非理想状态下的过饱和CO2水溶液体系中，初始气泡是否必须依靠已有界面（或气核）来产生？（例如气压为10atm，不包括压强很高的情况）我猜是需要吧？
2，如果需要界面或气核，在气体析出的最初时刻（即从无到生成气泡并脱离）是否同样遵守传质理论的量化规律？是否有方法定量地讨论界面上析出初始气泡的速率？（直到它们脱离界面）
3，很早以前有文献（见附注1）报道液相中若客观存在气核和颗粒，过了这么多年，这方面是否有进展呢？气核数量和体积如何确定？
4，如果气核存在，它们在一个高压饱和的状态下如何稳定存在？我们假定这些气核非常小，以至于并不能依靠浮力上升至液面，那么它们应该由于巨大的气泡表面张力而形成高压强进而溶解溃灭（注意这时候是高压饱和状态）。并且，这种气核和近年来研究的纳米气泡有没有关系？
相关问题我还在继续想，慢慢补充，欢迎各位虫友过来讨论。

附注1
发现一个在1987年水动力学研究与进展A辑，潘森森，气核尺度分布谱，的内容：
“Gates〔‘1曾将巳发表的空化核谱数据作过统计,发觉:空化核密度函数N(R)在双对数图上是一些斜率大致相同的平行线,但彼此的数值可以相差2~3个数量级(见图1)。固然,不同的研究工作者、用不同的方法对不同条件的液体介质进行测量,其空化核谱是应该有所不同的,但固体粒子谱与微气泡谱混杂是使数据分散的主要原因。”
以及
“在中国船舶科学研究中心中350毫米水洞的水样中,固体粒子是占极大多数,而单位体积中各种尺度气核的数量要比固体粒子的约低二个数量级. 16届国际水池会议空化委员会指出lsl,水中的空化核应分为“有效核”和‘惰性核”两类.有效核是对液体中的空化真正起作用的空化核,譬如气核:而惰性核则是那些对液体空化没有多大贡献的粒子,譬如悬浮在液体中的不含寄生气体的固体微粒等。”
这里面提到的气核在液体中客观存在，尽管尚未见到全文，但仅就现有文字可以推测气核的尺寸和数量密度服从某一规律。
没想到从水动力学里面找到了相关的点

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1楼2012-03-04 22:25:11

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杏之

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气泡成核是非稳态的动力学问题，已经不适用传质理论了吧。至于楼主给的实验现象，当缓慢降低压强的时候，成核驱动力，也就是过饱和度比较低，异相成核的能垒可以满足但是均相成核需要的自由能达不到，就只能在壁面发生成核，快速降低压强的时候过饱和度瞬间剧烈上升，超过了均相成核的成核自由能，所以整个体相都会发生成核现象。
气体析出的初始阶段，时间很短，动力学主要是又惯性力控制的；随后才转变为传质控制。
这些貌似都是文献里面已经很公认的观点了。
至于成核动力学，CNT，DFT，都有相关的理论研究。

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