Modelowanie procesów transportu masy.
Opis
W monografii przedstawiono najnowsze kierunki w modelowaniu procesów dyfuzji wzajemnej i reakcyjnej, prowadzących do rozwoju nowoczesnych materiałów. Opierając się na badaniach własnych, zdefiniowano fizyczne podstawy i matematyczne modele opisujące zjawiska zachodzące podczas procesu wymiany masy. W początkowych rozdziałach monografii przedstawiono klasyczne równania dyfuzji - prawa Ficka oraz metodę Darkena, uogólniono metody matematyczne oraz wprowadzono prawo zachowania masy, zasadę ciągłości objętości i prawo zachowania pędu. Tak uogólniona metoda Darkena pozwoliła na scharakteryzowanie procesu dyfuzji z uwzględnieniem pola naprężeń sprężystych. W modelach fizycznych i matematycznych ujęto efekty Kirkendalla i Frenkla towarzyszące procesowi dyfuzji. Efekt Kirkendalla i jego matematyczną interpretację oparto na następujących założeniach: 1) cząstkowe strumienie dyfuzji składników powodują strumień wakansów przepływający przez parę dyfuzyjną, 2) wakanse powstają i zanikają na dyslokacjach, tworząc wiele płaszczyzn Kirkendalla. Matematyczny opis modelu Darkena uwzględniający powstawanie wielu płaszczyzn Kirkendalla zakłada niezerowy strumień wakansów. Oznacza to, że w materiale istnieje wiele dyslokacji (źródeł wakansów). Defekty te w warunkach podwyższonej temperatury i dużego obciążenia powodują powstawanie pustek (efekt Frenkla).
Kolejne rozdziały zawierają matematyczny opis procesu dyfuzji reakcyjnej - powstawanie oraz rozrost kryształów nowych faz pośrednich na skutek reakcji między składnikami pary dyfuzyjnej. Model matematyczny polega na określeniu równania bilansu masy dla objętości kryształów fazy o przemieszczających się granicach międzyfazowych. Scharakteryzowano proces dyfuzji reakcyjnej w układach wieloskładnikowych. W modelu matematycznym założono tworzenie się obszarów współistnienia kilku faz. W modelu dyfuzji wzajemnej w trójskładnikowych układach równowagi fazowej uwzględniono więc możliwość symulacji ilościowego transportu masy w przestrzeniach współistnienia tworzących się kryształów poszczególnych faz.
Monografię kończy rozdział dotyczący wybranych, dotychczas nierozwiązanych problemów, które są przedmiotem zainteresowania wielu specjalistów i ośrodków naukowych. Należą do nich metody: 1) jednoznacznego wyznaczania współczynników dyfuzji przy znanych, eksperymentalnie określonych profilach stężeń składników, 2) modelowanie procesów dyfuzji reakcyjnej w stopach wieloskładnikowych z uwzględnieniem więcej niż trzech składników, 3) jednoznaczne wyznaczenie ścieżki dyfuzji w układach trzyskładnikowych podczas procesu dyfuzji reakcyjnej.
W monografii szczególną uwagę zwrócono na ilościowe modele transportu masy. Opracowanie takich modeli fizycznych wymaga zastosowania wiedzy zarówno doświadczalnej, jak i matematycznej. Podstawowym problemem jest duża złożoność opisywanych zagadnień oraz nie zawsze rozwiązane podstawy fizyczne procesu. Rozwiązania numeryczne przedstawione w załącznikach pozwalają na szybkie zaznajomienie się z opracowanymi wynikami symulacji.
SPIS TREŚCI:Spis oznaczeń i symboli 51. Wstęp 82. Modelowanie procesu dyfuzji w stopach wieloskładnikowych - uogólniona metoda Darkena z uwzględnieniem pola naprężeń sprężystych 202.1. Wprowadzenie 202.2. Układ odniesienia 212.3. Równanie konstytutywne strumienia masy składnika roztworu 212.4. Równanie bilansu masy - zasada zachowania masy 252.5. Naprężenia spowodowane dyfuzją wzajemną 262.6. Zasada zachowania pędu - równanie ruchu 282.7. Prawo zachowania energii 312.8. Entropia i produkcja entropii 322.9. Oddziaływanie pola naprężeń 363. Przemieszczenie płaszczyzny Kirkendalla 403.1. Wprowadzenie 403.2. Metody określające przemieszczenie płaszczyzny Kirkendalla 413.3. Symulacja numeryczna położenia płaszczyzny Kirkendalla 464. Oddziaływanie nierównowagowego strumienia wakansów w procesie dyfuzji wzajemnej 504.1. Wprowadzenie 504.2. Opis matematyczny 514.3. Wpływ defektów nierównowagowych na proces dyfuzji 565. Wpływ zewnętrznych strumieni masy na proces dyfuzji 595.1. Wprowadzenie 595.2. Model procesu dyfuzji z uwzględnieniem zewnętrznych strumieni masy 605.3. Symulacja numeryczna procesu nawęglania 616. Modelowanie sekwencji powstawania kryształów faz pośrednich w stopach dwuskładnikowych 636.1. Wprowadzenie 636.2. Modelowanie procesu wzrostu kryształów jednej fazy pośredniej 636.3. Modelowanie procesu wzrostu kryształów wielu rodzajów faz pośrednich 656.4. Symulacja numeryczna dyfuzji reakcyjnej w stopach dwuskładnikowych 687. Dyfuzja wzajemna w trójskładnikowych układach wielofazowych 717.1. Wprowadzenie 717.2. Modelowanie reakcyjnej dyfuzji wzajemnej 727.3. Symulacja numeryczna dyfuzji reakcyjnej w nadstopie niklu MAR-247 757.4. Symulacja numeryczna dyfuzji reakcyjnej w