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第1章 绪论1

1.1自发冷凝研究的历史1

1.2自发冷凝的理论研究6

1.3自发冷凝的实验研究9

1.4自发冷凝研究的现实意义及其应用13

第2章 自发冷凝的基本理论16

2.1气体自发冷凝成核的经典热力学分析17

2.1.1 van der Waals方程的亚稳态区17

2.1.2过饱和度、过冷度与凝前Mach数22

2.1.3液滴的临界半径30

2.1.4湿空气的自发冷凝36

2.1.5液滴增长的宏观分析39

2.2气体自发冷凝成核的统计热力学分析42

2.2.1描述宏观物质系统的微观粒子状态42

2.2.2 Boltzmann粒子系统的经典描述与量子描述43

2.2.3 Boltzmann粒子系统在自发冷凝成核中的应用46

2.2.4 Gibbs自由焓与自发冷凝成核49

2.2.5 Boltzmann粒子系统的一级近似——理想气体状态方程50

2.2.6 Maxwell速度分布律与粒子碰撞率52

2.2.7气体分子的速度分布55

2.2.8液滴增长的微观分析56

第3章 自发冷凝的成核理论62

3.1概述62

3.2对Gibbs自由焓作贡献的各个配分函数63

3.2.1配分函数的分析63

3.2.2平动配分函数ZT64

3.2.3振动配分函数ZV65

3.2.4转动配分函数ZR66

3.2.5多个不同分子组成的体系的正则配分函数67

3.2.6对Gibbs自由焓作贡献的其他因素68

3.3自发冷凝的经典成核理论69

3.4 Lothe-Pound的自发冷凝成核理论72

3.4.1 L-P理论成核率72

3.4.2 Feder修正的L-P理论成核率75

3.4.3经典理论、L-P理论与F-L-P理论的比较76

3.4.4有关表面张力的讨论77

3.5自发冷凝的微观成核理论83

3.5.1微观成核时Gibbs自由焓的计算模型83

3.5.2自由核模型83

3.5.3 Boltzmann粒子系统的二级近似——相互作用模型85

第4章 双组分工质自发冷凝的成核理论109

4.1双组分工质成核率的计算110

4.2双组分系统的相变动力学110

4.3双组分工质的自发冷凝成核理论118

4.3.1双组分工质的经典成核理论119

4.3.2双组分工质的Lothe-Pound成核理论125

4.4系数C的影响因素130

4.4.1非等温成核的影响130

4.4.2双组分工质碰撞率的影响131

4.4.3表面张力的影响135

第5章 有自发冷凝的两相流动理论及其计算137

5.1单组分工质有自发冷凝的两相流动方程137

5.1.1连续方程137

5.1.2动量方程138

5.1.3能量方程138

5.1.4状态方程138

5.1.5液滴增长方程139

5.2两相流动方程的求解139

5.2.1速度分布与喷管截面积的关系139

5.2.2临界速度和临界截面140

5.2.3冷凝激波141

5.3在Laval喷管中流动的微分方程组142

5.3.1有自发冷凝的流动微分方程的简化142

5.3.2湿度梯度143

5.3.3喷管截面的变化144

5.3.4等膨胀率144

5.3.5微分方程组的数值解结果及其分析145

5.3.6膨胀率与温度梯度和Mach数梯度150

5.3.7冷凝激波与超声速激波151

5.3.8在Laval喷管中有自发冷凝时的二维效应152

5.3.9考虑流动损失的有自发冷凝的两相流动157

5.4双组分工质有自发冷凝的两相流动158

5.4.1露点温度的确定159

5.4.2化学势的变化159

5.4.3表面张力的计算160

5.4.4双组分过饱和度的概念160

5.4.5双组分工质有自发冷凝两相流动的计算结果及其分析161

第6章 自发冷凝的实验研究及数据分析166

6.1 Laval喷管方法166

6.1.1自发冷凝一维流动的实验研究方法及测试166

6.1.2用Laval喷管一维流动方法测试氮和氧-氮自发冷凝的优缺点171

6.1.3自发冷凝二维流动的实验研究方法简介172

6.2激波管方法172

6.2.1激波管的基本原理173

6.2.2激波管的基本理论及其计算174

6.2.3激波管的实验设备及测试结果180

6.3自由喷注方法182

6.3.1自由喷注的基本理论182

6.3.2自由喷注的实验设备184

6.4云雾室方法185

6.5单组分氮自发冷凝的实验结果及其分析187

6.5.1氮的物理性质187

6.5.2典型的测试结果188

6.5.3试验结果分析189

6.5.4试验数据的比较191

6.6双组分氧-氮自发冷凝的实验结果及其分析193

6.6.1典型的测试结果193

6.6.2试验数据的比较及其分析194

6.7低压水蒸气自发冷凝的实验结果及其分析200

6.7.1水蒸气的物性参数200

6.7.2水蒸气自发冷凝成核的试验数据202

6.7.3湿空气中水蒸气的自发冷凝204

6.8氟利昂-22自发冷凝的实验结果及其分析207

6.9乙醇自发冷凝的实验数据及其分析209

6.9.1纯乙醇的试验结果209

6.9.2乙醇＋水混合物的试验结果211

6.10锌自发冷凝的实验数据及其分析211

6.11氨自发冷凝的实验结果及其分析213

6.12氩自发冷凝的实验结果及其分析214

6.13其他工质自发冷凝实验概述215

第7章 自发冷凝理论的应用218

7.1在跨声速低温风洞设计中的应用218

7.1.1低温风洞的特点219

7.1.2低温风洞温度等级的选择222

7.1.3现有低温风洞简介224

7.2在低温膨胀透平设计中的应用225

7.2.1带液膨胀225

7.2.2自发冷凝在设计低温透平膨胀机时的应用227

7.2.3典型的带液低温透平膨胀机229

7.3在研究大气云雾的形成及大气污染防治中的应用230

7.3.1大气层的结构231

7.3.2空气的组成及压强、温度与密度的垂直分布232

7.3.3污染物的臭氧损耗潜势、滞留时间与温室气体235

7.3.4自发冷凝在防治大气污染中的应用237

7.4在其他科学技术研究中的应用242

参考文献245