Ин таҳқиқот ба таври таҷрибавӣ омӯхтааст, ки қатраҳои тақрибан 2,1 mm диаметрашон аз маҳлулҳои бикарбонати натрий (NaHCO₃), хлориди калсий (CaCl₂) ва хлориди натрий (NaCl) ҳангоми бархӯрдан ба сатҳи мисии 100–400 °C чӣ гуна паҳн мешаванд, меҷӯшанд, пора мешаванд ва кристалл боқӣ мегузоранд. Консентратсияи массавӣ дар доираи 3–9 фоиз, адади Weber дар доираи 50–400 ва суръати бархӯрд дар доираи 1,28–3,67 m/s тағйир дода шудааст. Дар тасвирҳои баландсуръат шаш режими гидродинамикии ҷӯшиш муайян шудааст: ҷӯшиши ҳубобӣ, бозҷаҳиш, пошиши нимкуравӣ, пошиши уфуқӣ, ташаккули ҷети марказӣ ва поравайроншавӣ. Муҳимтарин бозёфт ин аст, ки кристаллҳои намак метавонанд ҳангоми бархӯрд ва бухоршавӣ сохторҳои муваққатии ноҳамвор ба вуҷуд оварда, тамоси қатра–сатҳ ва роҳҳои хориҷшавии буғро тағйир диҳанд. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот preprint аст; ҷараёни гармӣ мустақим чен нашудааст, таркиби газ таҳлил нашудааст ва фазаи кимиёвии кристаллҳо танҳо бо тасвирҳои SEM ба таври қатъӣ тасдиқ нашудааст.

Сабаби асосии рафтори гуногуни се маҳлул дар ҳамон ҳарорати сатҳ ва адади Weber он аст, ки шаклҳои таҳшиншавии кристалл ва ташаккули газ дар онҳо аз ҳам фарқ мекунанд. CO₂, ки ҳангоми гарм шудани NaHCO₃ пайдо мешавад, метавонад қабати буғи зери қатраро ғафстар кунад ё дар ҳолати хориҷшавии аз ҳад зиёд плёнкаи моеъро ноустувор созад. Муҳаққиқон гузориш додаанд, ки хориҷшавии миёнаи газ бозҷаҳишро осон мекунад, дар ҳоле ки хориҷшавии хеле қавии газ пошиш ва поравайроншавиро зиёд мекунад.

Ташаккули ҷети марказӣ дар ҳар се маҳлули намак мушоҳида шудааст. Дар ин режим плёнкаи моеъ ба самти уфуқӣ паҳн мешавад, дар ҳоле ки аз маркази қатра сутуни борики моеъ ба боло мебарояд. Он ки ин рафтор, ки қаблан бештар бо сатҳҳои микросохтордор ё наносохтордор алоқаманд дониста мешуд, дар сатҳи ҳамвори мис низ дида шудааст, аз ҷониби муҳаққиқон бо он шарҳ дода шудааст, ки кристаллҳои ба таври динамикӣ таҳшиншаванда сохторҳои муваққатии сатҳӣ ба вуҷуд меоранд. Гарчанде ин механизм тафсири қобили қабул аст, ноҳамвории сатҳ ҳангоми таҷриба ба таври лаҳзавӣ чен нашудааст.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Саволи асосии таҳқиқот ин аст, ки оё ҳаракати қатраи шӯр, ки ба сатҳи гармшуда бармехӯрад, танҳо аз ҳарорат ва энергияи бархӯрд муайян мешавад, ё кристаллизатсия ва хориҷшавии газ ҳангоми бухоршавӣ режими ҷӯшишро низ ба таври алоҳида тағйир медиҳанд.

Вақте қатраи моеъи холис ба сатҳи гарм бармехӯрад, метавонад паҳн шавад, рӯи сатҳ ҷӯшад, болои қабати буғ баланд шавад ё ба қатраҳои дуюмдараҷа ҷудо гардад. Дар маҳлули намак бошад, бо бухор шудани об консентратсияи маҳлул зиёд мешавад ва кристаллҳои намак ба таҳшиншавӣ оғоз мекунанд. Дар баъзе намакҳо ба ин ташаккули газ аз таҷзияи кимиёвӣ ҳам илова мешавад. Аз ин рӯ, фазаҳои моеъ, буғ, кристалл ва газ метавонанд дар як фосилаи вақт ба ҳамдигар таъсир расонанд.

Таҳқиқот махсусан ба саволҳои зерин ҷавоб ҷустуҷӯ кардааст:

• Оё маҳлулҳои гуногуни намак дар шароити якхелаи ҳарорат ва бархӯрд ба ҳамон режими ҷӯшиш мегузаранд?
• Таҳшиншавии кристалл тамоси байни қатра ва сатҳи мисро чӣ гуна тағйир медиҳад?
• Хориҷшавии CO₂ аз NaHCO₃ ба қабати буғ, бозҷаҳиш ва шиддати пошиш чӣ гуна таъсир мерасонад?
• Консентратсияи маҳлул сарҳадҳои гузариши режимҳои ҷӯшишро чӣ гуна тағйир медиҳад?
• Максимум паҳншавии қатра ва вақти ҷудо шудани он аз сатҳ бо адади Weber, ҳарорат ва консентратсия чӣ гуна вобастаанд?

Чаро таҳқиқот муҳим аст?

Бархӯрди қатра ба сатҳҳои гармшуда дар равандҳое чун сардкунии пошишӣ, обгармкунии металл, намакзудоии термалӣ, системаҳои энергетикӣ, пошиши сӯзишворӣ дар муҳаррикҳо ва сардкунии изтирорӣ дар системаҳои ҳастаӣ мушоҳида мешавад. Моеъҳои истифодаи воқеӣ аксар вақт оби холис нестанд; онҳо намакҳои ҳалшуда, иловаҳо ё газҳоро дар бар мегиранд.

Ҷамъшавии кристаллҳои намак дар сатҳ метавонад ду натиҷаи муқобил дошта бошад. Кристаллҳо метавонанд нуқтаҳои нави ядрошавии ҳубобҳоро ба вуҷуд оварда, ҷӯшишро тақвият диҳанд; аммо ҳамзамон метавонанд сатҳро пӯшонида, қабати доимии таҳшин ё мушкили истифодабарӣ эҷод кунанд. Таҳқиқот самаранокии сатҳи система, зангзанӣ ё ифлосшавии дарозмуддатро чен накардааст; аммо дар миқёси як қатра механизмҳои ибтидоии ин таъсири мураккабро нишон медиҳад.

Кадом холигӣ дар адабиёт ҳадаф қарор гирифтааст?

Таҷрибаҳои пешина асосан ба қатраҳои NaCl ё консентратсияҳои муайяни як маҳлул тамаркуз кардаанд. Таҳқиқоте, ки намакҳои гуногунро дар як инфрасохтори таҷрибавӣ муқоиса намуда, кристаллизатсия ва хориҷшавии газро якҷо баррасӣ мекунанд, маҳдуданд.

Ин таҳқиқот се маҳлули аз ҷиҳати кимиёвӣ гуногунро муқоиса кардааст:

• NaHCO₃: Маҳлуле, ки ҳангоми гармшавӣ метавонад CO₂ хориҷ кунад ва тағйири кимиёвӣ нишон диҳад.
• CaCl₂: Маҳлуле, ки ба ҷои хориҷшавии газ қабати зичи намак ва сохторҳои гуногуни таҳшиншавии кристалл ба вуҷуд меорад.
• NaCl: Маҳлули классикии намак, ки дар ҳарорати паст метавонад кристаллҳои равшани кубӣ ба вуҷуд орад.

Саҳми аслии таҳқиқот танҳо бозтасниф кардани шаш режими ҷӯшиш нест. Он ҳамчунин кӯшиш кардааст харитаҳои режим, тасвирҳои баландсуръат ва тасвирҳои SEM пас аз бархӯрдро ба ҳам пайваст кунад ва шарҳ диҳад, ки таҳшини кристаллӣ чӣ гуна метавонад таъсири минбаъдаи моеъ–ҷисми сахтро тағйир диҳад.

Дастгоҳи таҷрибавӣ чӣ гуна сохта шудааст?

Сатҳи ҳадаф аз фолгаи мисии андозаи 20 × 20 mm сохта шудааст. Ноҳамвории сатҳ, ки бо профилометр чен шудааст, ҳамчун Ra = 0,234 µm дода шудааст. Сатҳи мис бо блоки мисии шакли конуси буридашуда, ки се асои гармкунанда дорад, гарм карда шудааст.

Блоки мис дар корпуси полэфирэфиркетон (PEEK) ҷойгир шуда, фосилаи байни онҳо барои маҳдуд кардани талафи гармӣ бо нахи силикати алюминий пур карда шудааст. Ҳарорати сатҳ бо термопари навъи K, ки 1 mm зери сатҳ ҷойгир буд, чен шудааст; тақсимоти ҳарорат дар сатҳ ва атрофи он бо камераи термалии инфрасурхии калибршуда пайгирӣ шудааст.

Қатраҳо бо микрошприц тавлид шуда, диаметри ибтидоии онҳо:

\[ d_0 = 2,1 \pm 0,1\ \mathrm{mm} \]

дода шудааст. Суръати бархӯрд бо тағйир додани баландии сӯзан нисбат ба сатҳ назорат карда шудааст. Азбаски зичии маҳлулҳои гуногун якхела нест, барои нигоҳ доштани адади Weber-и ҳадаф суръати бархӯрд вобаста ба маҳлул ба миқдори хурд танзим шудааст.

Пас аз ҳар бархӯрд боқимондаҳои намак аз сатҳ тоза карда шуда, барои маҳдуд кардани тағйироти вобаста ба оксидшавии мис сатҳҳо мунтазам нав карда шудаанд. Бо ин роҳ кӯшиш шудааст, ки сохтори кристаллии аз қатраи пешина боқимонда ба таҷрибаи баъдӣ мустақим таъсир нарасонад.

Тасвирҳо чӣ гуна сабт шудаанд?

Раванди бархӯрд ва ҷӯшиш бо камераи баландсуръати Photron SA-X2 сабт шудааст. Камера бо линзаи макрои 105 mm фокусӣ ва системаи равшанидиҳии пасзаминаи LED истифода шудааст.

Сабти даҳ ҳазор кадр/сония имкон додааст, ки паҳншавӣ, афзоиши ҳубоб, партофта шудани қатраҳои дуюмдараҷа ва ташаккули ҷети марказӣ, ки дар чанд миллисония рух медиҳанд, кадр ба кадр таҳлил карда шаванд.

Адади Weber чиро ифода мекунад?

Дар таҳқиқот шиддати бархӯрди қатра бо адади Weber муайян шудааст:

\[ We = \frac{\rho v^2 L}{\sigma} \]

• ρ: зичии маҳлул мебошад; воҳидаш kg/m³ мебошад.
• v: суръати бархӯрди қатра ба сатҳ мебошад; воҳидаш m/s мебошад.
• L: дарозии хос мебошад; воҳидаш метр мебошад.
• σ: кашиши сатҳӣ мебошад; воҳидаш N/m мебошад.

Адади Weber таносуби таъсири инерсиеро, ки қатраро паҳн ва пора кардан мехоҳад, ба кашиши сатҳие, ки қатраро якҷо нигоҳ медорад, ифода мекунад. Бо афзоиши адади Weber қатра бо инерсияи бештар ба сатҳ мезанад, тезтар паҳн мешавад ва майдони тамоси моеъ–ҷисми сахтро васеътар месозад.

Мақола дар формула дарозии хосро бо рамзи L нишон додааст, аммо nomenclature-и алоҳидае, ки ин рамзро таъриф кунад, пешниҳод накардааст. Гарчанде дар таҳқиқоти бархӯрди қатра дарозии хос аксаран бо диаметри ибтидоӣ алоқаманд аст, дар ин ҷо рамзи матн айнан нигоҳ дошта шудааст.

Шаш режими ҷӯшиш чӣ гуна муайян шудаанд?

Кристаллҳо режими ҷӯшишро чӣ гуна тағйир доданд?

Вақте кристаллҳои намак дар сатҳ таҳшин мешаванд, топографияи муваққатии сатҳи мисро тағйир медиҳанд. Муаллифон пешниҳод кардаанд, ки ин кристаллҳо метавонанд монанди барҷастагиҳои сатҳҳои микросохтордор ё наносохтордор рафтор кунанд. Чунин сохтор метавонад тамоси маҳаллии моеъро бо сатҳ нигоҳ дорад, каналҳои хориҷшавии буғ ташкил кунад ва ташаккули плёнкаи устувори буғро боздорад.

Ин механизм махсусан барои ташаккули ҷети марказӣ муҳим аст. Гарчанде ҷети марказӣ қаблан бештар дар сатҳҳои гарми махсуси микро- ё наносохтордор гузориш мешуд, дар ин таҷрибаҳо дар ҳар се маҳлули намак мушоҳида шудааст. Муаллифон инро ҳамчун далеле тафсир кардаанд, ки кристаллҳои ҳангоми ҷӯшиш динамикӣ таҳшиншаванда сохторҳои муваққатии ноҳамвор месозанд.

Бо вуҷуди ин, таҳқиқот топографияи кристаллиро дар ҳоле ки қатра дар сатҳ қарор дошт, мустақим чен накардааст. Тасвирҳои SEM ба таҳшинҳое тааллуқ доранд, ки пас аз анҷоми бархӯрд ва хушкшавӣ боқӣ мондаанд. Аз ин рӯ, тавзеҳи «микро/наносохтори муваққатӣ» бештар як тафсири механистӣ мебошад, ки бо харитаҳои режим, кристаллҳои боқимонда ва корҳои пешина мувофиқат мекунад, на натиҷаи мустақими ченкунии сатҳ бо ҳалли вақтӣ.

Ҳарорати сатҳ режимҳоро чӣ гуна тағйир дод?

Дар ҳар се маҳлул ҷӯшиши ҳубобӣ умуман зери тақрибан 140 °C дида шудааст. Бо афзоиши адади Weber сарҳади болоии ҳарорати ҷӯшиши ҳубобӣ паст шудааст. Бархӯрди пурқувваттар плёнкаи моеъи васеътар ва бориктар месозад, бинобар ин ташаккули буғ ва ноустувории плёнка барвақттар оғоз мешаванд.

Барои қатраҳои NaHCO₃ тасвирҳои шарти We = 200 таъсири тағйири ҳароратро муфассал нишон медиҳанд:

• 120 °C: Қатра дар тамоси пайваста бо сатҳ монда, ҷӯшиши шадиди ҳубобӣ нишон додааст. Дар болои қатра зарраҳои борики кристаллӣ монанди дуд ва қатраҳои хурди дуюмдараҷа мушоҳида шудаанд.
• 140 °C: Пас аз расидан ба паҳншавии максималӣ ҷӯшиши қавӣ оғоз шуда, таркиши ҳубобҳо қатраҳои дуюмдараҷа ва зарраҳои кристаллиро ба таври радиалӣ партофтааст. Дар давоми тақрибан 6 ms фишори ҷамъшудаи буғ қатраро пора кардааст.
• 160 °C: Буғ ва CO₂ канори моеъро баланд карда, сохторҳои ангуштмонанд ташкил додаанд ва система ба ҷӯшиши гузаришӣ наздик шудааст.
• 300 °C: Қатра ба ҷӯшиши плёнкавӣ наздик шуда, шумора ва суръати партофти қатраҳои дуюмдараҷаи аз плёнка ҷудошуда кам шудааст.
• 340 °C ва боло: Байни қатра ва сатҳ зуд қабати пайвастаи буғ ба вуҷуд омада, атомизатсияи вобаста ба ҷӯшиш кам шудааст ва қатра пас аз паҳншавӣ ва пора шудан аз сатҳ ҷаҳидааст.

Чаро CO₂ дар қатраҳои NaHCO₃ муҳим аст?

CO₂, ки ҳангоми гарм шудани NaHCO₃ ба вуҷуд меояд, бар хилофи буғи об ҷузъи газии конденсатсиянашаванда ташкил медиҳад. Мувофиқи тафсири муаллифон, CO₂ ба ғафстар ва дарозумртар шудани қабати газ–буғи зери қатра мусоидат кардааст.

Хориҷшавии миёнаи газ:

• Тамоси мустақими байни қатра ва сатҳи гармро кам кардааст.
• Баландшавӣ ва бозҷаҳиши қатраро осон кардааст.
• Ба ташаккули болишти буғии монанди Leidenfrost дар энергияи пасттари бархӯрд мусоидат кардааст.

Хориҷшавии аз ҳад зиёди газ бошад ба ҷои баландшавии устувор плёнкаи моеъро вайрон кардааст. Дар консентратсияи NaHCO₃ наздик ба сершавии 9 фоиз, ташаккули шадиди CO₂ нигоҳ доштани устувори плёнкаро рӯи сатҳ душвор карда, пошишҳои уфуқӣ ё нимкуравии шадидтарро дастгирӣ кардааст.

Дар таҳқиқот дебит ё таркиби гази хориҷшуда мустақим чен нашудааст. Механизми CO₂ дар асоси табдили термалии маълуми NaHCO₃ ва рафтори мушоҳидашудаи қатраҳо тафсир шудааст.

Харитаҳои режим барои се маҳлули намак чӣ гуна фарқ карданд?

Ҷӯшиши ҳубобӣ

Ҷӯшиши ҳубобӣ дар ҳар се маҳлул дар минтақаи монанд, асосан зери тақрибан 140 °C, пайдо шудааст. Бо зиёд шудани адади Weber минтақаи ҷӯшиши ҳубобӣ ба ҳароратҳои пасттар танг шудааст.

Бозҷаҳиш

Харитаҳои режим ва шарҳҳои матн гузориш медиҳанд, ки дар шароити баррасишуда бозҷаҳиш танҳо дар қатраҳои NaHCO₃ мушоҳида шудааст. Ин рафтор дар адади Weber-и паст ва ҳарорати баланди сатҳ ба вуҷуд омада, бо болишти ғафстари газ–буғ, ки бо CO₂ дастгирӣ мешавад, алоқаманд дониста шудааст.

Барои CaCl₂ ва NaCl бошад пешниҳод шудааст, ки кристаллҳои дар сатҳ боқимонда тамоси моеъ–ҷисми сахтро зиёд карда, бозҷаҳишро пахш мекунанд.

Поравайроншавӣ

Барои ҳар се маҳлул минтақаи умумии поравайроншавӣ тақрибан дар 160 °C ва ададҳои нисбатан пасти Weber мушоҳида шудааст. Поравайроншавӣ вақте ба вуҷуд омадааст, ки қатра ба қадри кофӣ паҳн шудааст, то тамоси қавӣ эҷод кунад, вале плёнкаи моеъ барои гузаштан ба пошиши шадидтар ба қадри кофӣ васеъ нашудааст.

Дар шароити We = 300 ва We = 400 режими алоҳидаи поравайроншавӣ дида нашудааст. Дар ин энергияҳои баланди бархӯрд плёнкаи борики паҳншуда буғи бештар ҳосил карда, раванд мустақим ба режимҳои пошиши шадид гузардааст.

Минтақаи дуюми поравайроншавии ҳарорати баланд, ки дар We = 100–200 ва T_w > 300 °C пайдо шудааст, танҳо барои NaHCO₃ гузориш шудааст. Дар ин шароит қатра пас аз ворид шудан ба ҷӯшиши плёнкавии дастгиришуда бо CO₂ баланд шуда, сипас пора шудааст.

Пошиши нимкуравӣ

Пошиши нимкуравӣ дар ҳар се маҳлул асосан дар ададҳои баланди Weber ва ҳароратҳои зери тақрибан 180 °C дида шудааст. Қатра аввал ба майдони васеъ паҳн шуда, баъд ҷӯшиши шадиди оғозшуда дар плёнка қатраҳои дуюмдараҷаро ба тамоми нимфазо партофтааст.

Пошиши уфуқӣ ва ҷети марказӣ

Қатраҳои NaHCO₃ ҳатто дар энергияи пасти бархӯрд, мисли We = 50, ба шарофати хориҷшавии CO₂ метавонанд пошиши уфуқӣ нишон диҳанд. Дар қатраҳои NaCl рафтори монанд бештар бо ядрошавии ҳубобҳои ба кристалл вобаста дар ҳарорати баланд алоқаманд дониста шудааст.

Бо баланд шудани ҳарорат NaHCO₃ аввал ҷети марказӣ ва сипас пошиши уфуқӣ нишон додааст. Барои NaCl тартиби гузариш баръакс будааст: аввал пошиши уфуқӣ ва дар ҳарорати баландтар ҷети марказӣ мушоҳида шудааст.

Муаллифон ин фарқро чунин шарҳ додаанд: ҳубобҳои CO₂, ки дар NaHCO₃ ҷамъ мешаванд, метавонанд дар ҳарорати нисбатан паст фишори марказиро зиёд кунанд. Дар NaCl бошад барои ҷети марказӣ бояд дар сохторҳои кристаллӣ дар вақти хеле кӯтоҳ буғи оби кофӣ ва пурқувват ба вуҷуд ояд, бинобар ин ҳарорати баландтар лозим аст.

Адади Weber шиддати ҷӯшишро чӣ гуна таъсир дод?

Бо афзоиши адади Weber қатра бо инерсияи бештар ба сатҳ бархӯрда, тезтар паҳн шуда ва майдони васеътари тамос ташкил кардааст. Майдони васеътари тамос имкон додааст, ки моеъи бештар ба сатҳи гарм наздик шуда, буғ тезтар ҳосил шавад.

Тасвирҳои баландсуръати гирифташуда дар T_w = 160 °C ва консентратсияи 9 фоиз нишон медиҳанд, ки бо афзоиши Weber аз 50 то 400 шумораи қатраҳои дуюмдараҷа ва паҳнои пошиш ба таври равшан зиёд шудааст. Дар Weber-и паст ҳубобҳои маҳаллӣ ва поравайроншавии маҳдуд бартарӣ доштанд, дар Weber-и баланд бошад сохторҳои васеи пошиши уфуқӣ ё нимкуравӣ пайдо шуданд.

Консентратсияи маҳлул рафтори NaHCO₃-ро чӣ гуна тағйир дод?

Бо паст шудани консентратсияи NaHCO₃ аз 7 фоиз то 3 фоиз, дар ададҳои пасти Weber ҳарорати лозим барои гузариш ба бозҷаҳиш баланд шудааст. Дар консентратсияи пасттар CO₂ камтар ҳосил мешавад ва аз ин рӯ ташаккули қабати кофии ғафси газ–буғ зери қатра душвортар мегардад.

Дар шароити We = 100 ва We = 200 ҳарорати гузариш ба режими поравайроншавӣ низ бо паст шудани консентратсия баланд шудааст. Баръакс, адади Weber-и интиқодӣ барои ташаккули ҷети марказӣ ҳангоми кам шудани консентратсия поён рафтааст. Муаллифон инро бо он шарҳ додаанд, ки қабати заифтари газ тамоси моеъ–ҷисми сахтро зиёд мекунад ва ҷӯшиши маҳаллии ба кристалл вобаста метавонад дар импулси пасттари бархӯрд таъсирбахш бошад.

Дар маҳлули 9-фоизаи наздик ба сершавӣ хориҷшавии газ аз ҳад зиёд қавӣ шудааст. Ин шароит ба ҷои осон кардани бозҷаҳиши устувор плёнкаи моеъро ноустувор карда, пошишҳои шадидеро ба вуҷуд овардааст, ки гузариши Leidenfrost-ро ба ҳарорати баландтар мебаранд.

Консентратсияи маҳлул рафтори CaCl₂-ро чӣ гуна тағйир дод?

Бо паст шудани консентратсияи CaCl₂ минтақаи ҷети марказӣ ба таври равшан хурд шудааст. Хусусан зери 5 фоиз ҷети марказӣ танҳо дар тирезаҳои ҷудогона ва танги ҳарорат–Weber дида шудааст.

Барои 3 фоиз CaCl₂ ҷети марказӣ танҳо дар шароити:

• We = 400 ва тақрибан 380 °C,
• We = 300 ва тақрибан 220–240 °C

гузориш шудааст.

Бо кам шудани консентратсия миқдори кристаллҳои дар сатҳ таҳшиншуда ва зичии нуқтаҳои ядрошавии ҳубобҳои вобаста ба онҳо кам шудааст. Ҳамин тавр, ҷӯшиши маҳаллии таркишмонанд ва ташаккули ҷети марказӣ душвортар шудаанд.

Тасвирҳои SEM дар бораи кристаллҳои NaHCO₃ чӣ нишон доданд?

Таҳшинҳои боқимондаи қатраҳои 9 фоиз NaHCO₃ дар ҳароратҳои гуногун тағйироти назарраси морфологӣ нишон додаанд.

• 120 °C ва ҷӯшиши ҳубобӣ: Дар тасвирҳои SEM сохторҳои шохадори дендритӣ ва сӯзанмонанд дида шуданд. Муаллифон инро бо бухоршавии босуръат, аз ҳадсершавии баланд ва афзоиши ноустувори кристалл, ки бо диффузия маҳдуд мешавад, алоқаманд кардаанд.
• 160 °C ва пошиши шадид: Азбаски вақти тамоси моеъ–ҷисми сахт кӯтоҳ шудааст, ташаккули кристаллҳои муназзами шохадор пахш шудааст.
• Ҳароратҳои баландтар: Таҳшинҳо ба сохторҳои қабатмонанд ва лавҳамонанд табдил шудаанд. Ин шаклҳо бештар таҳшиншавии ногаҳонӣ ва хушкшавии босуръатро нишон медиҳанд, на афзоиши муназзами дарозмуддатро.

Муаллифон гуфтаанд, ки ин кристаллҳо асосан бо Na₂CO₃, ки пас аз табдили термалии NaHCO₃ ба вуҷуд меояд, алоқаманданд. Бо вуҷуди ин, дар таҳқиқот натиҷаи дифраксияи рентгенӣ, спектроскопияи паҳншавии энергия ё дигар таҳлили фаза пешниҳод нашудааст. Аз ин рӯ, муайянкунии фазаи кимиёвӣ ба морфологияи SEM ва механизми интизоршавандаи табдил такя мекунад.

Тасвирҳои SEM дар бораи кристаллҳои CaCl₂ чӣ нишон доданд?

• 120 °C: Қабати пайваста ва нисбатан зичи намак, ки сатҳро мепӯшонад, ва шумораи ками сохторҳои кристаллии сутуншакл дида шуданд.
• 160–260 °C: Ҷӯшиши шадид ва тамоси фосилавии сатҳ ташаккули қабати ғафсро пахш кардааст. Матни сатҳи мис намоён шуда, таҳшинҳо ҳамчун зарраҳои парокандаи кристаллӣ боқӣ мондаанд.
• Болои 300 °C: Қабатҳои намакҳои хамшуда ё печида дида шуда, шумораи зарраҳои алоҳидаи кристаллӣ кам шудааст.

Печиш дар ҳарорати баланд бо хушкшавии босуръат, таҳшиншавии нобаробар ва танишҳои термалӣ алоқаманд дониста шудааст. Кам шудани барҷастагиҳои кристаллӣ бо заиф шудани ташаккули ҷети марказӣ дар баъзе шароити ҳарорати баланд ва консентратсияи паст мувофиқ тафсир шудааст.

Тасвирҳои SEM дар бораи кристаллҳои NaCl чӣ нишон доданд?

• Шароити ҷӯшиши ҳубобӣ: Кристаллҳои равшани кубӣ ва ҷамъшавиҳои муназзами онҳо дида шуданд.
• Болои 140 °C: Вақти тамоси байни қатра ва сатҳ кам шуда, ба ҷои афзоиши муназзами кубӣ таҳшинҳои номунтазам ва пароканда пайдо шуданд.
• Болои 300 °C: Кристаллҳо бештар ба зарраҳои курашакл ё кластерҳои ҷамъшуда табдил ёфтанд.

Ин тағйир бо он шарҳ дода шудааст, ки дар шароити хушкшавии фавқултез кристаллҳо ба ҷои афзоиш бо сохтани сатҳҳои мувозинатӣ ҳамчун ядроҳои хурд таҳшин шуда, ҷамъ мешаванд.

Номувофиқии дохилӣ дар шаклҳои SEM чист?

Матн ва харитаҳои режими таҳқиқот равшан мегӯянд, ки бозҷаҳиш танҳо дар қатраҳои NaHCO₃ дида шудааст. Аммо дар Шакли 8, ки кристаллҳои боқимондаро нишон медиҳад:

• тасвири 160 °C барои CaCl₂ ҳамчун “Rebound”,
• тасвири 140 °C барои NaCl ҳамчун “Rebound”

тамғагузорӣ шудааст. Ин тамғагузорӣ бо таснифи режим дар матн мухолифат мекунад. Эҳтимол аст, ки шаклҳо нодуруст тамғагузорӣ шудаанд ё дар шарҳи режим норасоӣ вуҷуд дорад; аммо таҳқиқот ин зиддиятро шарҳ намедиҳад. Аз ин рӯ, номи режими ин ду тасвири SEM бе тасдиқи муаллиф набояд қатъӣ қабул шавад.

Омили максималии паҳншавӣ чӣ гуна ҳисоб шудааст?

Диаметри максималии қатра рӯи сатҳ d_s,max ва диаметри ибтидоӣ d₀ муайян шудаанд. Омили бебуъди максималии паҳншавӣ:

\[ \beta_{\max} = \frac{d_{s,\max}}{d_0} \]

ҳисоб шудааст. Масалан, β_max = 5 маънои онро дорад, ки диаметри максималии қатра ба панҷ баробари диаметри ибтидоӣ расидааст.

Омили максималии паҳншавӣ умуман бо адади Weber зиёд шудааст. Робитаи он бо ҳарорати сатҳ хаттӣ нест; бо сабаби гузариш ба режимҳои гуногуни ҷӯшиш тағйироти шадид нишон додааст. Тақрибан дар 160 °C, ҳангоми гузариш аз ҷӯшиши ядроӣ ба ҷӯшиши гузаришӣ, тағйири намоён мушоҳида шудааст.

Қиматҳои пасттарини паҳншавӣ дар ҳарорати паст ва адади Weber-и паст дида шудаанд. Қиматҳои калон бештар дар ададҳои баланди Weber ва ҳароратҳои 200–280 °C ба вуҷуд омадаанд. Барои NaHCO₃ боз паст шудани паҳншавӣ дар ҳарорати баланд ва Weber-и паст бо қабати буғи дастгиришудаи CO₂ ва бозҷаҳиш алоқаманд карда шудааст.

Коррелятсияҳои миёнаи максималии паҳншавӣ

Таҳқиқот барои пайвастани омили миёнаи максималии паҳншавӣ ба адади Weber ва консентратсияи массавӣ қонуни умумии дараҷавиро истифода кардааст:

\[ \beta_{\max,\mathrm{avg}} = C\,We^b C_m^a \]

• β_max,avg: омили миёнаи максималии паҳншавӣ дар фосилаи муайяни ҳарорат мебошад.
• We: адади Weber мебошад.
• C_m: консентратсияи массавии маҳлул мебошад.
• C, a ва b: коэффисиентҳои мувофиқсозие мебошанд, ки аз маълумоти таҷрибавӣ ба даст омадаанд.

Азбаски ҷӯшиши ҳубобӣ ва режимҳои пошиш аз ҷиҳати морфологӣ фарқ мекунанд, барои ду фосилаи ҳарорат робитаҳои алоҳида сохта шудаанд.

Барои NaHCO₃ дар фосилаи 160–400 °C

\[ \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 1{,}3039\,We^{0{,}2828}C_m^{0{,}0921}, \qquad R^2 = 0{,}9774 \]

Барои NaHCO₃ дар фосилаи 110–140 °C

\[ \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 0{,}8957\,We^{0{,}2868}C_m^{0{,}0261}, \qquad R^2 = 0{,}9830 \]

Барои CaCl₂ дар фосилаи 160–400 °C

\[ \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 2{,}0715\,We^{0{,}1807}C_m^{0{,}0687}, \qquad R^2 = 0{,}9709 \]

Барои CaCl₂ дар фосилаи 110–140 °C

\[ \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 0{,}8034\,We^{0{,}2991}C_m^{0{,}0121}, \qquad R^2 = 0{,}9897 \]

Он ки ҳамаи қиматҳои R² аз 0,97 боло мебошанд, нишон медиҳад, ки ин робитаҳо тамоюлҳои миёнаи паҳншавиро дар нуқтаҳои таҷрибавии истифодашуда хуб ифода мекунанд. Ин маънои онро надорад, ки робитаҳоро мустақиман ба диаметрҳои дигар, маводи дигари сатҳ ё ҳароратҳои берун аз доираи таҷриба татбиқ кардан мумкин аст.

Он ки экспоненти консентратсия дар коррелятсияҳо аз экспоненти адади Weber хурдтар аст, нишон медиҳад, ки дар доираи омӯхташуда инерсияи бархӯрд ба паҳншавӣ назар ба консентратсия таъсири бартар дорад. Бо вуҷуди ин, консентратсия навъи режими ҷӯшиш ва сарҳадҳои гузаришро ба таври қавӣ тағйир додааст.

Вақти ҷудо шудани қатра аз сатҳ

Таҳқиқот дар шарти We = 200 вақти ҷудо шудани қатра аз сатҳро бо τ_d ифода кардааст. Қатраҳои 9 фоиз NaHCO₃ дар тамоми фосилаи ҳарорати омӯхташуда нисбат ба қатраҳои CaCl₂ ва NaCl вақти ҷудошавии дарозтар нишон додаанд.

Муаллифон гуфтаанд, ки қабати газ–буғи бой аз CO₂ тамоси байни қатра ва сатҳро заиф мекунад, интиқоли гармиро суст мекунад ва боиси он мешавад, ки қатра муддати дарозтар дар сатҳ бимонад. Кристаллҳои CaCl₂ ва NaCl метавонанд тамоси маҳаллии моеъ–ҷисми сахт ва ташаккули ҳубобҳоро тақвият дода, ба дур шудани тезтари қатра мусоидат кунанд.

Дар ин таҷриба ҷараёни гармӣ ё коэффисиенти интиқоли гармӣ мустақим чен нашудааст. Аз ин рӯ, дароз шудани вақти ҷудошавӣ худ аз худ ба фоизи муайяни интиқоли гармӣ табдил дода намешавад.

Номувофиқии Reynolds-Weber дар матн

Дар як ҷумлае, ки механизми поравайроншавиро шарҳ медиҳад, ибораҳои «ҳарорати баланди девор ва адади пасти Reynolds» ва «ҳарорати паст ва адади баланди Reynolds» истифода шудаанд. Аммо тарҳи таҷриба, ҳамаи харитаҳои режим ва графикҳои дахлдор аз рӯи адади Weber ташкил шудаанд; адади Reynolds дар байни параметрҳои таҳқиқот дода нашудааст.

Аз ин рӯ, эҳтимол аст, ки дар ин ҷумла ба ҷои «Reynolds» «Weber» дар назар дошта шудааст. Азбаски тасдиқи муаллиф вуҷуд надорад, мақола ин ифодаро хомӯшона иваз намекунад ва онро ҳамчун номувофиқии матнӣ сабт мекунад.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот кадомҳоянд?

• Муқоисаи се маҳлули гуногуни намак дар як системаи таҷрибавӣ ва шароити монанди бархӯрд.
• Омӯзиши доираи васеи ҳарорати сатҳ, 100–400 °C.
• Тағйири систематикии адади Weber аз 50 то 400 ва консентратсия аз 3 то 9 фоиз.
• Такрор кардани ҳар шароити таҷрибавӣ ҳадди ақал панҷ маротиба.
• Пайгирии гузаришҳои режим дар миқёси миллисония бо тасвирҳои 10.000 кадр/сония.
• Пайвастани харитаҳои режимҳои ҷӯшиш бо морфологияҳои SEM-и пас аз бархӯрд.
• Пешниҳоди робитаҳои эмпирикӣ барои паҳншавии максималӣ бо қиматҳои баланди R².
• Баррасии якҷояи таъсирҳои муқобили хориҷшавии газ ва таҳшиншавии кристалл дар NaHCO₃.

Маҳдудиятҳои таҳқиқот кадомҳоянд?

• Таҳқиқот preprint буда, аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.
• Танҳо як диаметри қатра ва як ноҳамвории ибтидоии сатҳ истифода шудааст.
• Таҷрибаҳо дар сатҳи мисии миқёси лабораторӣ гузаронида шудаанд.
• Ҷараёни гармӣ, коэффисиенти интиқоли гармӣ ё энергияи сардкунии сатҳ мустақим чен нашудааст.
• Миқдори CO₂, дебити газ ё таркиби газ мустақим таҳлил нашудааст.
• Кристаллҳо бо SEM тасвир шудаанд; аммо барои тасдиқи фазаи кимиёвӣ натиҷаи XRD ё EDS пешниҳод нашудааст.
• Ноҳамвории сатҳҳои муваққатии кристаллӣ ҳангоми қарор доштани қатра рӯи сатҳ мустақим чен нашудааст.
• Усули математикии тасниф ё номуайянии истифодашуда барои кашидани сарҳадҳои режим муфассал дода нашудааст.
• Меъёри оғоз ва анҷоми вақти ҷудошавӣ муфассал муайян нашудааст.
• Таъсири консентратсия ба вақти ҷудошавӣ бо шумораи маҳдуди муқоисаҳо арзёбӣ шудааст.
• Ду тамғаи “Rebound” дар Шакли 8 бо шарҳи режими матн мухолифат мекунанд.
• Дар як ҷумла байни ададҳои Reynolds ва Weber номувофиқии истилоҳӣ вуҷуд дорад.
• Тасвирҳои иловагии дар матн зикршуда дар файли 18-саҳифаи боршуда вуҷуд надоранд ва баррасӣ нашудаанд.
• Ҷамъшавии дарозмуддати кристалл, зангзанӣ, вайроншавии сатҳ ё таъсири қатраҳои сершумор арзёбӣ нашудааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Навъи намак харитаи ҳарорат-Weber-и режими ҷӯшиши қатраро ба таври равшан тағйир медиҳад.
• Таҳшиншавии кристалл метавонад тамоси қатра–сатҳ ва роҳҳои хориҷшавии буғро ҳангоми ҷӯшиш тағйир диҳад.
• Дар ҳар се маҳлули намак ташаккули ҷети марказӣ мушоҳида шудааст.
• Хориҷшавии газ аз NaHCO₃ дар бозҷаҳиш, устувории плёнка ва шиддати пошиш нақши муҳим дорад.
• Консентратсияи NaHCO₃ ва CaCl₂ сарҳадҳои гузариши режими ҷӯшишро тағйир медиҳад.
• Морфологияи таҳшини кристалл аз навъи намак ва ҳарорати сатҳ вобаста аст.
• Омили максималии паҳншавӣ умуман бо адади Weber зиёд мешавад.
• Қатраҳои 9 фоиз NaHCO₃ нисбат ба қатраҳои муқоисашудаи 9 фоиз CaCl₂ ва NaCl вақти ҷудошавии дарозтар нишон доданд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Исбот намекунад, ки маҳлули муайяни намак дар ҳамаи системаҳои сардкунии пошишӣ самаранокии баландтари сардкунӣ медиҳад.
• Нишон намедиҳад, ки таҳшинҳои кристаллӣ дар дарозмуддат фоидаовар ё безараранд.
• Робитаи миқдории дебити газ байни миқдори CO₂ ва гузаришҳои режим пешниҳод намекунад.
• Нишон намедиҳад, ки робитаҳои паҳншавии пешниҳодшуда дар сатҳҳо, диаметрҳои қатра ва фишорҳои дигар эътибор доранд.
• Таркиби кимиёвии сохторҳои дар тасвирҳои SEM бударо мустақим тасдиқ намекунад.
• Ба таври қатъӣ исбот намекунад, ки механизми ҷети марказӣ танҳо аз ноҳамвории кристаллӣ сарчашма мегирад.
• Муваффақияти қатраҳои сершумор, пошиши пайваста ё саҳроии миқёси саноатиро нишон намедиҳад.
• Далели афзоиши муайяни фоизии интиқоли гармӣ ё сарфаи энергия пешниҳод намекунад.

Аз ҷиҳати татбиқ чӣ маъно дорад?

Натиҷаҳои таҳқиқот нишон медиҳанд, ки дар системаҳои сардкунии пошишӣ, бухоркунӣ ва намакзудоии термалӣ, ки бо моеъҳои шӯр кор мекунанд, танҳо ба нуқтаи ҷӯшиши моеъ нигоҳ кардан кофӣ нест. Шакли кристаллизатсияи намак, газ ҳосил кардан ё накардани он ва сохтори муваққатии дар сатҳ гузошташуда метавонад тамоси қатраро бо сатҳи гарм тағйир диҳад.

Мисоли NaHCO₃ нишон медиҳад, ки хориҷшавии газ ҳамеша ба як самт таъсир намекунад. Болишти гази миёна метавонад қатраро аз сатҳ баланд кунад, дар ҳоле ки хориҷшавии аз ҳад зиёди газ плёнкаро пора карда, пошишро зиёд мекунад. Ба ҳамин монанд, ҷамъшавии кристалл метавонад ташаккули ҳубобҳоро тақвият диҳад; аммо дар системаҳои воқеӣ таъсирҳои манфӣ, мисли ифлосшавӣ ва пӯшидани сатҳ, низ бояд алоҳида арзёбӣ шаванд.

Бозёфтҳо барои тарҳрезӣ ишораҳои механистӣ медиҳанд; аммо дастури мустақими оптимизатсияи саноатӣ нестанд. Ченкунии ҷараёни гармӣ, таҷрибаҳои қатраҳои сершумор, рафтори дарозмуддати таҳшин ва тасдиқ бо маводи гуногуни сатҳ зарур аст.

Усул ва бозёфтҳои таҳқиқот

Хулосаи техникии бозёфтҳои асосӣ

1. Рафтори қатраҳои шӯр ба шаш режим ҷудо шудааст: ҷӯшиши ҳубобӣ, бозҷаҳиш, поравайроншавӣ, пошиши нимкуравӣ, пошиши уфуқӣ ва ҷети марказӣ.
2. Ҷӯшиши ҳубобӣ дар ҳар се маҳлул асосан зери тақрибан 140 °C дида шудааст.
3. Мувофиқи таснифи матн бозҷаҳиш танҳо дар қатраҳои NaHCO₃ мушоҳида шудааст.
4. Дар ҳар се маҳлул дар адади пасти Weber ва тақрибан 160 °C минтақаи умумии поравайроншавӣ вуҷуд доштааст.
5. Барои NaHCO₃ дар шароити We = 100–200 ва T_w > 300 °C минтақаи дуюми поравайроншавии ҳарорати баланд муайян шудааст.
6. Пошиши нимкуравӣ умуман дар ададҳои баланди Weber ва ҳароратҳои зери тақрибан 180 °C ба вуҷуд омадааст.
7. Ҷети марказӣ дар ҳар се маҳлули намак дида шуда, бо сохторҳои муваққатии сатҳии ба кристалл вобаста алоқаманд карда шудааст.
8. Барои NaHCO₃ хориҷшавии миёнаи CO₂ бозҷаҳиш ва хориҷшавии аз ҳад зиёди газ пошишро дастгирӣ кардааст.
9. Ҳангоми паст шудани консентратсияи CaCl₂ то 3 фоиз ҷети марказӣ танҳо дар тирезаҳои танги ҳарорат–Weber боқӣ мондааст.
10. Таҳшинҳои NaHCO₃ байни шаклҳои дендритӣ, сӯзанмонанд ва қабатӣ; таҳшинҳои NaCl байни кубӣ, номунтазам ва кластерҳои курашакл; таҳшинҳои CaCl₂ бошад байни қабати зич, зарраҳои пароканда ва қабатҳои печида тағйир ёфтаанд.
11. Омили максималии паҳншавӣ умуман бо адади Weber зиёд шуда, дар гузариши режим тақрибан дар 160 °C тағйири тез нишон додааст.
12. Вақти ҷудошавии қатраҳои 9 фоиз NaHCO₃ ба ҳисоби миёна аз 9 фоиз CaCl₂ 20,58 фоиз ва аз 9 фоиз NaCl 20,03 фоиз дарозтар будааст.

Огоҳиҳои усулӣ ва гузоришдиҳӣ

Эзоҳи манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Impact boiling dynamics of saline droplets: Effects of crystallization and gas release

Тартиби пурраи муаллифон дар PDF: Chenyu Zhang; Yonghao Zhang; Yan Luo; Ke Chen; Tao Lu; Xue Chen.

Ҳаммуаллифи аввал ё саҳми баробар: Дар PDF маълумоти ҳаммуаллифи аввал ё саҳми баробар нишон дода нашудааст.

Муаллифони масъул: Ke Chen ва Xue Chen.

Почтаи электронии муаллифони масъул: chenke@buct.edu.cn ва xchen@buct.edu.cn.

Муассиса: School of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China.

DOI:10.2139/ssrn.6945143. Ин DOI ба сабти preprint-и SSRN тааллуқ дорад.

Платформаи нашр: SSRN.

Пайванди расмии таҳқиқот:https://ssrn.com/abstract=6945143

Соли нашр: 2026.

Санаи сабти SSRN: 15 июни 2026.

Маҷалла: Версияи ниҳоие, ки дар маҷаллаи баррасишуда нашр шудааст, ҳангоми ин баррасӣ тасдиқ нашуд.

Ношири аслӣ: Маълумоти маҷалла ё ношири аслии баррасишуда аз рӯи ин версияи preprint тасдиқ нашуд.

Навъи манбаъ: Preprint-и таҳқиқоти таҷрибавӣ.

Ҳолати баррасии ҳамтоён: Ин таҳқиқот preprint буда, аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст. Дар саҳифаҳои PDF огоҳии “This preprint research paper has not been peer reviewed” мавҷуд аст.

Саҳми муаллифон: Chenyu Zhang — навиштани тарҳи аслӣ, таҷриба ва таҳрири маълумот; Yonghao Zhang — таҷриба; Yan Luo — усул; Ke Chen — усул; Tao Lu — машварат; Xue Chen — баррасӣ ва таҳрир, машварат, усул ва консептуализатсия.

Маблағгузорӣ: Аз ҷониби National Natural Science Foundation of China бо лоиҳаҳои рақами 52076009 ва 52176052 дастгирӣ шудааст.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки манфиати молиявии маълум ё муносибати шахсие, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Дастрасии маълумот: Гуфта шудааст, ки маълумот бо дархост пешниҳод мешавад.

Усули омодасозии мундариҷа: Ин мақолаи илмии туркӣ дар асоси баррасии матни PDF-и 18-саҳифаи боршуда, параметрҳои таҷриба, формулаҳо, харитаҳои режим, пайдарпайиҳои камераи баландсуръат, тасвирҳои SEM ва натиҷаҳо омода шудааст. Натиҷаҳои илмие, ки дар PDF мавҷуд нестанд, илова нашудаанд. Санҷиши беруна танҳо барои маълумоти ҳувияти манбаъ, аз қабили тартиби муаллифон, DOI, сабти SSRN ва санаи нашр истифода шудааст.

Маҳдудиятҳои асосӣ: Набудани баррасии ҳамтоён; анҷом додани танҳо таҷрибаҳои як қатра ва сатҳи мис; набудани ченкунии мустақими ҷараёни гармӣ ва дебити газ; тасдиқ нашудани кимиёи кристалл бо таҳлили фаза; омӯхта нашудани қатраҳои сершумор ва рафтори дарозмуддати таҳшин; номувофиқии дохилӣ дар ду тамғаи шакл ва як ифодаи адади бебуъд; набудани файлҳои иловагӣ дар PDF-и боршуда.

Ин таҳқиқот preprint буда, аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст. Бозёфтҳо бо таҷрибаҳои як қатра дар шароити назоратшудаи лабораторӣ маҳдуданд ва набояд мустақим ҳамчун кафолати муваффақияти сардкунии саноатӣ ё интиқоли гармӣ тафсир шаванд.