О формуле, приемлемой для вычисления времени полного испарения как мелких, так и крупных сферических капель воды

Цель. В работе ставится и решается задача получения аналитических формул для вычисления времени испарения мелких и крупных капель сферической формы.
Процедура и методы. В работе использованы аналитические методы математической физики при решении задачи о нестационарном испарении капель. Использованы также численные композитные методы для составления общей формулы для всех режимов испарения капель.
Результаты. Получено единое аналитическое выражение, связывающее времена жизни как мелких, так и крупных сферических капель воды. Упомянутые случаи больших и малых капель соответствуют различным асимптотикам. Найдены отдельные формулы для вычисления времени испарения мелких и крупных аэрозольных капель сферической формы. В результате численного анализа этих формул в нестационарном процессе испарения капель воды построена одна более простая формула, приемлемая для вычисления времени жизни как мелких, так и крупных сферических капель воды. Проведено сравнение построенных по этой формуле графиков зависимости времени жизни капли от её начального радиуса при различных значениях температуры среды с результатами, полученными другими авторами.
Теоретическая и/или практическая значимость. Статья представляет большой интерес как для теории нестационарного испарения капель, так и для использования полученных результатов в многочисленных практических приложениях.

1. Фукс Н. А. Испарение и рост капель в газообразной среде. М.: Издательство АН СССР, 1958. 91 с.

2. Щукин Е. Р., Яламов Ю. И., Шулиманова З. Л. Избранные вопросы физики аэрозолей: учебное пособие. Москва: Московский педагогический университет, 1992. 297 с.

3. Козырев А. В., Ситников А. Г. Испарение сферической капли в газе среднего давления // Успехи физических наук. 2001. Т. 171. № 7. С. 765–774. DOI: 10.3367/UFNr.0171.200107c.0765.

4. Азанов Г. М., Осипцов А. Н. Влияние мелких испаряющихся капель на температуру адиабатической стенки в сжимаемом двухфазном пограничном слое // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2016. № 4. С. 67–76. DOI: 10.7868/S0568528116040034.

5. Прогностическая модель исследования процессов испарения капель воды / Антонов Д. В., Высокоморная О. В., Кузнецов Г. В., Пискунов М. В. // Инженерно-физический журнал. 2019. Т. 92. № 4. С. 936–944.

6. Особенности методики исследования процесса испарения подвешенных капель жидкости / Бочкарева Е. М., Лей М. К., Терехов В. В., Терехов В. И. // Инженерно-физический журнал. 2019. Т. 92. № 5. С. 2208–2217.

7. Высокоморная О. В., Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Прогностическое определение интегральных характеристик испарения капель воды в газовых средах с различной температурой // Инженерно-физический журнал. 2017. Т. 90. № 3. С. 648–657.

8. Герасимов Д. Н., Юрин Е. И. Параметры, определяющие кинетические процессы на поверхности испарения // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53. № 4. С. 530–537. DOI: 10.7868/S0040364415040110.

9. Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Испарение капель воды при движении через высокотемпературные газы // Инженерно-физический журнал. 2018. Т. 91. № 1. С. 104–111.

10. Экспериментальное и численное исследования нестационарного испарения капель жидкости / Терехов В. И., Терехов В. В., Шишкин Н. Е., Би К. Ч. // Инженернофизический журнал. 2010. Т. 83. № 5. С. 829–836.

11. Хасанов А. С. Решение задачи об испарении двух капель операторными методами для любых радиусов капель и любых расстояний между ними // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2018. № 2. С. 51–60. DOI: 10.18384-2310-7251-2018-2-51-60.

12. О диффузионном испарении (сублимации) крупной аэрозольной частицы при значительных перепадах температуры в ее окрестности / Щукин Е. Р., Малай Н. В., Шулиманова З. Л., Уварова Л. А. // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53. № 4. С. 561–568. DOI: 10.7868/S004036441503014X.

13. Корнеева Е. Е., Кузьмин М. К. Начальное и конечное предельные выражения для скорости изменения радиуса нестационарно испаряющейся аэрозольной капли // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: ФизикаМатематика. 2018. № 4. С. 167–177. DOI: 10.18384/2310-7251-2018-4-167-177.

14. Яламов Ю. И., Кузьмин М. К. Скорость нестационарного испарения сферической капли с учетом скачков концентрации и температуры вблизи ее поверхности // Журнал технической физики. 2005. Т. 75. Вып. 3. С. 30–35.

15. Галоян В. С., Яламов Ю. И. Динамика капель в неоднородных вязких средах. Ереван: Луйс, 1985. 208 с.