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旋转液滴法测量和计算界面张力的方法

招财猫开奖网站 www.betterbodygear.com 来源:当代化工 浏览 329 次 发布时间:2024-01-09

旋转液滴刚好是实务界用来量测界面张力的工具,在进行「旋转液滴法」测界面张力的实验这程中,通?;嵯日雽澬旱畏ú饨缑嬲帕Φ哪P捅判蟹治?,首先给出了旋转液滴椭圆形态计算界面张力的求解模型,并対参数的敏感性迸行了分析的同时刻画了椭圆辺界的形态特征;其次,会根据建立的模型求解这程形成的数据庠,建立了求解旋转液滴椭圆形态计算界面张力值的图版方法和迭代算法;最后,对以上各种计算方法迸行了实例应用,进而推荐对液滴长度和直径都迸行测量。


测量界面张力的方法有:滴体积法(滴重法)、挂坏法、吊片法(Wilhemy平板法)、悬滴法、静滴法(躺滴法)、旋转液滴法及等密度法等七种,囯内在测量表面活性剂的低或者超低界面张力时,通常采用「旋转滴界面张力仪」。旋转低界面张力仪是是在祥品管C中充満高密度液体B,再加入少量低密度液体A,密封后装于旋滴仅上,开动机器,转轴携帯液体以角速度ω自旋,在离心力、重力及界面张力作用下,低密度液体在高密度液体中形成一长球形或圆柱形液滴,液滴的形状由「转速」和「界面张力」决定,如图1。

Kibron  招财猫开奖网站,是在样品管C中充满高密度液体B,再加入少量低密度液体A,密闭后,装于旋滴仪上,开动机器,转轴携带液体以角速度自旋,在离心力、重力及界面张力作用下,低密度液体在高密度液体中形成一长球形或圆柱形液滴,液滴的形状由转速和界面张力决定,如图1。把液滴图像视作椭圆(本文称作拟椭圆),长轴(离心管轴向)直径记作L,短轴(离心管径向)直径记作D,那么:当L/D≥4时,只需读取D值。因此,在实验时,应该选取合适的转速,使得L/D≥4。此时,用下述方法测量界面张力?;竟絒7,8]:


然而,实际操作中由于注入液体体积的不确定性,以及旋转转速的高值限制,往往会出现小体积液滴在极高的转速情况下依然不能到达理论的求解要求[9]。此外,当界面张力很高时,旋转转速即使到达峰值也不能使测试情况达到理论测试要求[10-12]?;谝陨狭街智榭?,当确定旋转液滴在长度和直径的比值小于4时,虽然目前可以通过查表获取修正参数[13,14],但是却存在数据空隙的情况,因此如何实现拟椭圆液体界面张力的精确求解[15]十分重要。本文基于PRINCEN提出的椭圆积分求解模型[16],从而实现了以上情况下的界面张力的数值求解,进而总结了不同情况下求解界面张力的具体算法[17-19]。


1符号说明(表1)


2基于PRINCEN压力平衡方程的求解模型


2.1模型的建立


1976年,PRINCEN建立了液滴压力平衡方程,对平衡方程进行变量替换,通过普通积分和不完全椭圆积分等方法,给出了液滴旋转界面最高点的坐标值的求解过程。


(1)控制方程


根据旋转液滴液-液接触面处的压力平衡,建立了液滴内部压力和外部压力之差等于拉普拉斯界面张力方程,得到了旋转液滴压力平衡方程,如下:


(2)


(2)边界条件


当Y=Y0时,即选点取在拟椭圆y方向接触面的最高点,即sinθ=1;當X=Y=0时,即选点取在拟椭圆最左侧坐标系中的原点,即q=1。


(3)初始条件


液滴的最左侧点取坐标系原点(0,0)处,如图1所示。


(4)模型的解


通过对的赋值,通过下面的公式求出Y0:


3模型的计算分析


这里假设注入某体积的液滴,通过MATLAB软件编程实现,用M文件进行程序的存储,执行文件,得到以下的分析结果。


(1)最高点坐标随的变化规律


以0.2为步长,研究的变化对最高点的位置的影响,如图2所示。


图2是最高点坐标的x0和y0值分别随着等步长的增加的变化趋势曲线。


由图2可知,随着的增加,最高点的坐标值变化幅度增加。根据的定义公式可知,受到转速ω和原点处的曲率半径的影响,均为正相关性,并且转速ω对其的影响更显著。


随着的增加,稳定情况下的原点处的曲率半径变小,因此上述的情况说明,转速的提高更有利于液滴的变形,在实际操作中,提高转速是实现界面张力测试的有效方式。


由图2可以看出,随着的增加,液滴x方向的拉伸幅度要大于y方向的压缩幅度,值从0增加到0.592 59时,拟椭圆最高点的x值增加了约0.2 cm值,而y值缩小了约0.1cm值。在高转速情况下,x和y的变化幅度大幅增加,如果转速继续上升,就演变成Vonnegut理论[20]的假设情况,并对界面张力进行近似求解。


(2)拟椭圆形态随的变化规律


随着(或者转速)的提高,越靠近椭圆中心的区域,拟椭圆受压缩的程度越大,而靠近坐标原点的区域内,拟椭圆的变形程度很小。而值为0.56时,液滴旋转稳定后的形态,与规则椭圆形状的对比可以得出,液滴的形状不是规则的椭圆,液体的边界线要向外突起,这主要是界面张力存在所产生的结果。


4旋转液滴法测界面张力的应用


4.1值的精确计算


为了实现长度和直径的比值小于4时界面张力的计算,对测量比值在给定的情况下,如何精确的确定的数值至关重要,因此本文对模型计算得到的数据库进行曲线作图,得到和x0/y0的关系曲线,也就是求的图版,如图4。


4.2测试计算方法


(1)长度和直径的比值大于等于4


此情况下直接利用公式(1),测量液滴的直径,即可以算出界面张力值。


(2)长度和直径的比值小于4


依据本文提出的解法思路,首先测量液滴长度和直径,得到两者的比值,通过图版(图4)查到值的大致范围,再次计算3.2节中各中间参数变量值,最后带入到公式(4)得到X0,进而得到X0与Y0的比值,也就是x0和y0的比值,和测量结果进行对比,形成如下迭代算法流程,如图5。


5结束语


本文提出了旋转液滴长度和直径的比值小于4时计算界面张力的算法流程,避免了实验操作中因体积的不确定性和转速的限制带来的计算障碍,完善了旋转液滴法测量和计算界面张力的方法。