초록 ▼

액체내에서의 기포형성은 여러가지 기술적인 측면에서 뿐만 아니라 학문적으로는 뉴크리에이션(nucleation) 이론의 테스트로써, 중요한 의미를 갖는다. 기술적인 문제들의 예로는 높은 질의 철을 제조하기 위하여 필요한 개스 제거 과정(vacuum degassing)? 이라든가 중성자나 이온 또는 전자등의 조사 (irradiation)에 의하여 원자로 내부 물질(특히 cladding)에 증기와 개스로 된 기포형성으로 인한 원자로의 안정성 문제?, 금속용액(molten metal)이 물과 접촉되었을 때 일어나는 폭발 (vapor ex

액체내에서의 기포형성은 여러가지 기술적인 측면에서 뿐만 아니라 학문적으로는 뉴크리에이션(nucleation) 이론의 테스트로써, 중요한 의미를 갖는다. 기술적인 문제들의 예로는 높은 질의 철을 제조하기 위하여 필요한 개스 제거 과정(vacuum degassing)? 이라든가 중성자나 이온 또는 전자등의 조사 (irradiation)에 의하여 원자로 내부 물질(특히 cladding)에 증기와 개스로 된 기포형성으로 인한 원자로의 안정성 문제?, 금속용액(molten metal)이 물과 접촉되었을 때 일어나는 폭발 (vapor explosion)? 그리고 하이드로 포일(hydrofoil)제작에 필요한 부압(negative pressure)하에서 일어나는 기포형성의 문제? 등이 있다. 또한 생리학적인 면으로는 급격한 수압의 변화로 인하여 인체(잠수 부)의 혈관이나 세포에 발생하는 질소 개스로 된 기포에 의하여 기인되는 잠수병을? 들 수 있다. 이러한, 기포형성 문제에 있어서 중요한 과제는 주어진 조건하에서 얼마나 많은 기포가 단위 부피당, 단위 시간당 생기느냐는 문제 즉, 기포 뉴크리에이션(bubble nucleation)에 관한 문제이다. 이 문제에 대한 고전이론으로는 Backer-Doring?이나 Zeldovich? 그리고 Fisher?등의 이론이 있지만 이 이론들은 용액내에서의 개스로 구성된 기포형성에 관한 문제라든가 부압하에서 일어나는 공동현상(cavitation)에 대하여는 전혀 예측할 수가 없는 실정이었다. 이에 저자는 액체 분자간의 상호작용에 입각한 기포형성에 관해 새로운 표면 장력 이론을 도입하여 용액내에서 개스로 구성된 기포형성 이론을 내어 놓았다.? 이 이론은 실험?과 잘 일치 할 뿐만 아니라, 위에서 언급한 기술적인 문제라든가 생리학적인 면에의 적용은 쉽게 되리라 믿는다. 또한, 이러한 기본적인 입장-분자간의 상호작용-에 입각하여 부압하에서 증기로 된 기포형성으 이론도 제시하였다.?? 여기에서 저자는 개스로된 기포형성과 증기로 된 기포형성은 근본적으로 다르다는 것을 밝혔다. 이 연구 도중에 부수적으로 저자는 열역학적으로 부압과 양압의 관계를 귀명하였고, 이에서 액체의 인장내력(tensile strength)에 관한 새로운 실험 방법을 제시하였다. 또한 위에서 언급한 부압하에서 증기로된 기포형성 이론을 양압하에서 증기로 된 기포형성 현상(비등현상)에 적용한 바 고전이론 보다 더 광범위하게 유체의 과열한계(superheat limit)??를 예측해 줄 뿐만아니라 고전이론으로는 예측할 수 없었던 이 과열한계에 있어서 기화현상 즉, 증기폭발도 설명할 수 있음을 밝혀 내었다.

Abstract ▼

This report consists of three parts. First part concerns the nonequilibrium situation that is created by suddenly reducing the pressure of a liquid which contains a large amount of dissolved gas. A theoretical model for the resulting formation of gas bubbles is presented. For a given temperature, th

This report consists of three parts. First part concerns the nonequilibrium situation that is created by suddenly reducing the pressure of a liquid which contains a large amount of dissolved gas. A theoretical model for the resulting formation of gas bubbles is presented. For a given temperature, the model predicts the amount of pressure reduction required for the threshold of bubble formation and also the reduction required for massive bubble formation. Results from the model show good agreement with experiments for various gases dissolved in water solution. A model for the vapor bubble formation within a liquid under tension is considered in the second part. A face centered cubic lattice structure and Lennard-Jones intermolecular force law are assumed for the liquid concerned. The tensile strength evaluated by this model is in agreement with Briggs' experimental results. Especially good agreement is attained for water, including the variation in tensile strength with temperature. Superheat limits of simple liquids and various hydrocarbons and halocarbons were estimated from the vapor bubble formation model developed in the second part in the third one. This model predicts the superheat limits of liquids as well as the complete evaporation time of a droplet at this limit.

목차 Contents

• 1. GAS BUULE FORMATION...10
• 1.1 Introduction...10
• 1.2 Surgace Energy for the Formation of a Cluster...11
• 1.3 Thermodynamics...13
• 1.4 Model for Gaseous Bubble Formation in Solution...15
• 1.5 Estimate of Bubble Formation using Nucleation Theory Theory...18
• 1.6 Solvent Effect and Temperature Dependence of the Stability condition of Clusters...19
• 1.7 Reference [1]...23
• 1.8 Tables [1]...24
• 1.9 Figures [1]...25
• 2. VAPOR BUBBLE FORMATION UNDER NEGATIVE PRESSURE...28
• 2.1 Introduction...28
• 2.2 Surface Energy for Vapor Bubble Formation...31
• 2.3 Thermodynamics...32
• 2.4 A Model for Vapor Bubble Formation...35
• 2.5 Nucleation kinetics for Bubble Formation...36
• 2.6 Evaluation of Tensile Strength...38
• 2.7 Temperature Dependence of Tensile Strength...41
• 2.8 Other Possibility of Measuring of the Tensile Strength of Liquids...42
• 2.9 References [2]...44
• 2.10 Tables [2]...46
• 2.11 Figures [2]...52
• 3. VAPOR BUBBLE FORMATION AT POSITIVE PRESSURE...56
• 3.1 Introduction...56
• 3.2 Bubble formation Model from Molecular Interaction Aspects...58
• 3.3 Kinetics for Bubble formation...61
• 3.4 Evaporation Mechanism in a Droplet...62
• 3.5 Molecular properties of Liquids...65
• 3.6 Calcular properties fo Liquids...66
• 3.7 Superheat Limits of pure Liquids...67
• 3.8 superheat Limit of Hydrocarbon Mixtures...69
• 3.9 References...71
• 3.10 Tables...73
• 3.11 Figures...83
• 논문 발표 실적 또는 계획...87