单组分液体中气泡成核的热力学与动力学

将多变量成核理论[J. Chem. Phys. 124, 124512 (2006)]应用于纯液体中气泡形成的问题。所提出的关于该过程的自洽宏观理论采用了热力学（经典、统计和线性非平衡）、流体力学和界面动力学。作为该问题热力学研究的结果，得到了气泡的形成功，并确定了临界气泡的参数。变量V（气泡体积）、ρ（蒸气密度）和T（蒸气温度）被证明对于给定任务是自然的。提出了一种在{V, ρ, T}空间中写出气泡运动方程——即V、ρ和T的方程——的算法。该算法确保了动力学系数矩阵的对称性。基于此算法写出的方程被证明代表了气泡的热力学第一定律。得到了运动方程的负本征值，该本征值与临界气泡形成功一起决定了气泡的稳态成核速率。考虑了各种动力学极限情况。其中一个动力学约束导致成核不能在整个亚稳区域内发生；它仅发生在后者的某个子区域内。Zeldovich空化理论被证明是所提出理论的一个极限情况。解析地展示了各种动力学过程对气泡成核速率的极限效应。这些过程包括液体的惯性运动，以及气泡与周围液体之间的粒子交换和热交换过程。研究表明，在液体中正压和中等负压下，成核速率由最慢的动力学过程决定。在高负压下，这种极限效应消失。