Что произойдет, если мы будем кипятить воду при отсутствии гравитации? - физиков.нет
2 голосов
/

Мы знаем, что Конвекция - это режим теплопередачи за счет движения отдельных молекул жидкости (жидкости или газа). Движение составляющих частиц возникает из-за разницы в плотностях.

В отсутствие гравитации вода принимает сферическую форму, чтобы минимизировать энергию из-за поверхностного натяжения, просто она хочет минимизировать свою площадь поверхности длябольшая стабильность. Предположим, мы можем нагревать центр водной сферы по какому-то механизму, как тепло будет передаваться из центра водной сферы на ее поверхность? Происходят ли конвекционные потоки, которые являются основными видами теплопередачи при наличии силы тяжести, в отсутствие силы тяжести? Я думаю, что это не произойдет. Является ли передача тепла из-за проводимости?

Кроме того, было бы здорово, если бы вы могли объяснить, что произойдет с течением времени? Будут ли пузырьки растворенных газов, образовавшиеся внутри, оставаться там, где они образовались, или перемещаться на поверхность, или они движутся к центру? Как вода закипит (или она просто взорвется)?

Для справки, так выглядит вода в условиях отсутствия гравитации (на Международной космической станции):

enter image description here

Обратите внимание: вода окрашена для улучшения видимости

Ответы [ 3 ]

2 голосов
/

Если вы нагреваете сферу воды из центра при отсутствии гравитации, я не вижу причин для конвективной неустойчивости (в обычном смысле плавучести горячей жидкости). Теплопередача должна быть чисто проводящей, и идеализированное уравнение теплопроводности может быть решено с помощью известного метода функций Грина. Горячая жидкость расширяется, поэтому сфера неизбежно будет расти. Но есть много осложнений.

  • Вокруг источника тепла образуется паровой пузырь, и испарение израсходует до 540 кал / г.

  • На примесях, смещенных от центра, может образоваться паровой пузырь, нарушающий сферическую симметрию.

  • По мере того как пузырьки жидкости и / или пара в центре начинают расширяться, будет происходить кратковременное ускорение движения жидкости наружу дальше. Это является предварительным условием неустойчивости Рэлея-Тейлора, которая может еще больше нарушить сферическую симметрию. (Классическим примером нестабильности RT является вода поверх нефти при наличии силы тяжести. В рассматриваемой задаче внешнее ускорение имитирует эффект гравитации.)

1 голос
/

Тепловой поток будет радиальным. В центре сферы будет образовываться пузырь, который со временем будет увеличиваться в объеме. Из-за гораздо большего удельного объема пара по сравнению с жидкостью пар будет выталкивать окружающую жидкость радиально наружу, как если бы в центре сферы выделялся неконденсирующийся газ. Таким образом, в окружающей области жидкости будет происходить радиальная конвекция тепла с радиальной проводимостью, наложенной на радиальную конвекцию. Это достаточно хорошо, или вам нужно также посмотреть уравнения?

0 голосов
/

В отсутствие силы тяжести вода начинает испаряться из-за кинетического движения молекул воды. Создание водяного пара, поглощающего скрытое тепло либо от источника тепла, либо от самой воды. Таким образом, вода становится твердым льдом, который находится далеко отисточник тепла и другая часть становятся водяным паром.

...