直流電場作用下油中異性水滴聚并特征
發(fā)布時間：2020-12-29 08:36
采用顯微實(shí)驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法,對直流電場作用下異性水滴聚并過程中的界面和體相演變進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明,水滴間的界面張力梯度不僅導(dǎo)致了液橋的不對稱性,而且引發(fā)了蘑菇頭形狀射流,導(dǎo)致了水滴的混合。不對稱液橋的演變可以通過一個包含界面張力梯度的特征時間來描述。增加水滴界面張力差可以增加射流深度和速度,強(qiáng)化水滴的混合,并基于能量轉(zhuǎn)化關(guān)系,提出了異性水滴的混合機(jī)理。
【文章來源】：工程熱物理學(xué)報. 2020年08期 北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖２油水界面張力值與表面活性劑濃度的關(guān)系??Ｆｉｇ．?２?Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｖｓ．?ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ??
１９４２??工程熱物理學(xué)報??４１卷??誘惑紅燃料將左側(cè)純凈水滴進(jìn)行染色處理，經(jīng)測量??水滴的界面張力幾乎不變。如圖３（ａ）所示，可以看??出當(dāng)兩水滴的界面張力相等時，水滴的聚并過程是??完全對稱的，沒有體相對流的發(fā)生。水滴內(nèi)部的壓??力為??Ｐ＝Ｐｈｙｄ?＋?４７／ｄ?（１）??其中，Ｐｈｙｄ為作用在水滴上的靜水壓力，７為水滴的??界面張力，ｄ為液滴的直徑。由于兩水滴處于同一高??度，因此作用在兩水滴上的靜水壓力相等。于是，兩??水謫之間的毛細(xì)壓力差為：??Ｐ＝Ｋｌｉ－ｌ２）／ｄ?（２）??其中，７１和７２分別為兩液滴中較高的界面張力和??較低的界面張力�？梢钥闯�，當(dāng)兩水滴的界面張力??相等時，水滴之間不存在毛細(xì)壓力差，因此水滴的??聚并過程是完全對稱的。然而，當(dāng)兩水滴界面張力??不同時，聚并過程呈現(xiàn)出不同的現(xiàn)象，如圖３（ｂ）所??示。根據(jù)式（２）可知，兩水滴之間的界面張力差導(dǎo)致??了毛細(xì)壓力差。因此在形成液橋通道后，高界面張??力水滴將會滲入低界面張力水滴，形成一個光滑的??半月面，并沒有造成混合。??如圖３（ｃ）所示，界面張力差的增加導(dǎo)致射流的??前端逐漸形成一個蘑菇頭射流。在到達(dá)右側(cè)水滴界??面之前，射流能量被完全耗散，只造成了水滴的部分??混合。由于實(shí)驗(yàn)中的高黏度桂油限制了?Ｍａｒａｎｇｏｎｉ??流動和毛細(xì)管波。因此，渦流的來源可以推斷為射??流和水滴內(nèi)相之間的黏性摩擦。隨著界面張力的進(jìn)??一步增加，水滴內(nèi)部形成一個更加劇烈的射流，如??圖３（ｄ）所示．射流具有足夠的能量沖擊右側(cè)水滴的??界面，導(dǎo)致了水滴的完全混合。水滴界面包裹著蘑??菇狀旋渦，連續(xù)相的高黏度阻力使界面不形成凸起。?
。??２．２液橋演變規(guī)律研究??當(dāng)外部流體存在的情況下，液橋的演變符合慣??性增長規(guī)律或者連續(xù)相黏性增長規(guī)律Ｉ１７１。無量綱數(shù)??Ｍｃ／（Ｐ７〇ａ５可以用來劃分不同的液橋增長規(guī)律，其??中Ａ為連續(xù)相的黏度，Ｐ為兩種流體中較大的密??度，ｒ?yàn)橐旱伟霃皆诒疚膶?shí)驗(yàn)中大??約為９．７９，這意味著液橋增長符合連續(xù)相黏性增長??規(guī)律。無量綱時間被用來表征液橋增長規(guī)律，??其中ｒｂ＝Ｍｃｒ／７ｂ，?７ｂ代表著液橋處的界面張力。??對于同性水滴，液橋處的界面張力與水滴的界??面張力相同。如圖４所示，當(dāng)＜?＜０．５時，無量綱液??橋４隨（＜／ｒｂ）ａ５線性增加，這意味著連續(xù)相黏度控??制了液橋的演變。由于液橋的演變理論只適用于液??橋增長初期，因此當(dāng)ｇ?＞?０．５時，液橋的增長逐漸??偏離線性，并且液撟尺寸越大，偏離越大。??⑷▲八??（ｂ）??（ｃ）?＾??（ｄ）▲一??０?ｍｓ?４００?叫??０?ｍｓ?４００?＾ｉｍ??０?ｍｓ?４００??？Ｑ??０?ｍｓ?４００?ｐｍ??ＯＱ??ｊｍ??Ｑ??９０?ｍｓ??輪??１００?ｍｓ??１１０?ｍｓ??９??１６０?ｍｓ??Ａｙ＝０?ｍＮ－ｍ＿，??Ａｙ＝６．４３?ｍＮ－ｍ＂１??Ａｙ＝?１４．５０?ｍＮ－ｍ＂＇??Ａｙ＝２３．９４?ｍＮ－ｍ－１??圖３不同界面張力差下水滴聚并過程．左側(cè)為純凈水滴??（７１＝３０．１４?ｍＮ．ｍ－１），右側(cè)為含表面活性劑水滴，（ａ）?７２＝３０．１４??ｍＮ．ｍ＿１；?（ｂ）?７２＝２３．７１?ｍＮ．ｍ—１；?（ｃ）?７２＝１５．６４?ｍＮ．ｍ－１；??（ｄ）?７２＝６．２０?ｍＮ．ｍ一１??Ｆｉｇ．?３?Ｅｌｅｃｔｒ
本文編號：2945346
【文章來源】：工程熱物理學(xué)報. 2020年08期 北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖２油水界面張力值與表面活性劑濃度的關(guān)系??Ｆｉｇ．?２?Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｖｓ．?ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ??
１９４２??工程熱物理學(xué)報??４１卷??誘惑紅燃料將左側(cè)純凈水滴進(jìn)行染色處理，經(jīng)測量??水滴的界面張力幾乎不變。如圖３（ａ）所示，可以看??出當(dāng)兩水滴的界面張力相等時，水滴的聚并過程是??完全對稱的，沒有體相對流的發(fā)生。水滴內(nèi)部的壓??力為??Ｐ＝Ｐｈｙｄ?＋?４７／ｄ?（１）??其中，Ｐｈｙｄ為作用在水滴上的靜水壓力，７為水滴的??界面張力，ｄ為液滴的直徑。由于兩水滴處于同一高??度，因此作用在兩水滴上的靜水壓力相等。于是，兩??水謫之間的毛細(xì)壓力差為：??Ｐ＝Ｋｌｉ－ｌ２）／ｄ?（２）??其中，７１和７２分別為兩液滴中較高的界面張力和??較低的界面張力�？梢钥闯�，當(dāng)兩水滴的界面張力??相等時，水滴之間不存在毛細(xì)壓力差，因此水滴的??聚并過程是完全對稱的。然而，當(dāng)兩水滴界面張力??不同時，聚并過程呈現(xiàn)出不同的現(xiàn)象，如圖３（ｂ）所??示。根據(jù)式（２）可知，兩水滴之間的界面張力差導(dǎo)致??了毛細(xì)壓力差。因此在形成液橋通道后，高界面張??力水滴將會滲入低界面張力水滴，形成一個光滑的??半月面，并沒有造成混合。??如圖３（ｃ）所示，界面張力差的增加導(dǎo)致射流的??前端逐漸形成一個蘑菇頭射流。在到達(dá)右側(cè)水滴界??面之前，射流能量被完全耗散，只造成了水滴的部分??混合。由于實(shí)驗(yàn)中的高黏度桂油限制了?Ｍａｒａｎｇｏｎｉ??流動和毛細(xì)管波。因此，渦流的來源可以推斷為射??流和水滴內(nèi)相之間的黏性摩擦。隨著界面張力的進(jìn)??一步增加，水滴內(nèi)部形成一個更加劇烈的射流，如??圖３（ｄ）所示．射流具有足夠的能量沖擊右側(cè)水滴的??界面，導(dǎo)致了水滴的完全混合。水滴界面包裹著蘑??菇狀旋渦，連續(xù)相的高黏度阻力使界面不形成凸起。?
。??２．２液橋演變規(guī)律研究??當(dāng)外部流體存在的情況下，液橋的演變符合慣??性增長規(guī)律或者連續(xù)相黏性增長規(guī)律Ｉ１７１。無量綱數(shù)??Ｍｃ／（Ｐ７〇ａ５可以用來劃分不同的液橋增長規(guī)律，其??中Ａ為連續(xù)相的黏度，Ｐ為兩種流體中較大的密??度，ｒ?yàn)橐旱伟霃皆诒疚膶?shí)驗(yàn)中大??約為９．７９，這意味著液橋增長符合連續(xù)相黏性增長??規(guī)律。無量綱時間被用來表征液橋增長規(guī)律，??其中ｒｂ＝Ｍｃｒ／７ｂ，?７ｂ代表著液橋處的界面張力。??對于同性水滴，液橋處的界面張力與水滴的界??面張力相同。如圖４所示，當(dāng)＜?＜０．５時，無量綱液??橋４隨（＜／ｒｂ）ａ５線性增加，這意味著連續(xù)相黏度控??制了液橋的演變。由于液橋的演變理論只適用于液??橋增長初期，因此當(dāng)ｇ?＞?０．５時，液橋的增長逐漸??偏離線性，并且液撟尺寸越大，偏離越大。??⑷▲八??（ｂ）??（ｃ）?＾??（ｄ）▲一??０?ｍｓ?４００?叫??０?ｍｓ?４００?＾ｉｍ??０?ｍｓ?４００??？Ｑ??０?ｍｓ?４００?ｐｍ??ＯＱ??ｊｍ??Ｑ??９０?ｍｓ??輪??１００?ｍｓ??１１０?ｍｓ??９??１６０?ｍｓ??Ａｙ＝０?ｍＮ－ｍ＿，??Ａｙ＝６．４３?ｍＮ－ｍ＂１??Ａｙ＝?１４．５０?ｍＮ－ｍ＂＇??Ａｙ＝２３．９４?ｍＮ－ｍ－１??圖３不同界面張力差下水滴聚并過程．左側(cè)為純凈水滴??（７１＝３０．１４?ｍＮ．ｍ－１），右側(cè)為含表面活性劑水滴，（ａ）?７２＝３０．１４??ｍＮ．ｍ＿１；?（ｂ）?７２＝２３．７１?ｍＮ．ｍ—１；?（ｃ）?７２＝１５．６４?ｍＮ．ｍ－１；??（ｄ）?７２＝６．２０?ｍＮ．ｍ一１??Ｆｉｇ．?３?Ｅｌｅｃｔｒ
本文編號：2945346
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