非平衡冷凝

冷凝是蒸汽流中的相变现象，在非平衡状态下发生膨胀时发生。非平衡状态是流体突然膨胀和蒸汽达到显著过冷水平的结果。

可以在跨音速/超音速喷嘴类型应用以及蒸汽轮机中观察到冷凝蒸汽流。在流体机械（如蒸汽轮机）中使用蒸汽时，蒸汽轮机的低压阶段内会发生冷凝。在此阶段，液滴成核会产生湿蒸汽。成核从给定的过冷级别开始。然后，成核在发生冷凝冲击的点处停止。冲击由于液滴增长/冷凝以及关联的潜热释放而发生。我们知道这些现象会影响机器性能，因为轮机性能下降、效率降低，并且成形（和增长）液滴的碰撞会导致叶片壁面侵蚀。

以下简要介绍了高速喷嘴流中的非平衡冷凝。

在高速喷嘴流中，喷嘴中间的压力和温度局部升高。在某一时刻，由于膨胀，喷嘴中的过冷蒸汽可能脱离改变主流场的平衡分布，并且成核区域中会生成稳态冷凝冲击。这种现象会中断成核过程，过冷蒸汽开始冷凝，液滴尺寸和湿润度将开始增加。

冷凝现象通常以两个步骤进行建模，即成核和液滴增长。经典成核理论用于定义最小能量屏障，即蒸汽相要启动转换而必须克服的过饱和水平。由于膨胀和快速冷却，蒸汽相可以脱离平衡分布进入亚稳态，并在实际冷凝之前达到很大程度的过饱和。液滴的增长取决于蒸汽分子的稳定流入，最终降低蒸汽压力和相应的过饱和水平，从而形成稳定的液相。

可用于离散多相流 (DMP) 方法的非平衡冷凝模型支持上述非平衡冷凝建模。