直流电场作用下油中异性水滴聚并特征
发布时间：2020-12-29 08:36
采用显微实验与理论分析相结合的方法,对直流电场作用下异性水滴聚并过程中的界面和体相演变进行了系统研究。结果表明,水滴间的界面张力梯度不仅导致了液桥的不对称性,而且引发了蘑菇头形状射流,导致了水滴的混合。不对称液桥的演变可以通过一个包含界面张力梯度的特征时间来描述。增加水滴界面张力差可以增加射流深度和速度,强化水滴的混合,并基于能量转化关系,提出了异性水滴的混合机理。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020年08期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２油水界面张力值与表面活性剂浓度的关系??Ｆｉｇ．?２?Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｖｓ．?ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ??
１９４２??工程热物理学报??４１卷??诱惑红燃料将左侧纯净水滴进行染色处理，经测量??水滴的界面张力几乎不变。如图３（ａ）所示，可以看??出当两水滴的界面张力相等时，水滴的聚并过程是??完全对称的，没有体相对流的发生。水滴内部的压??力为??Ｐ＝Ｐｈｙｄ?＋?４７／ｄ?（１）??其中，Ｐｈｙｄ为作用在水滴上的静水压力，７为水滴的??界面张力，ｄ为液滴的直径。由于两水滴处于同一高??度，因此作用在两水滴上的静水压力相等。于是，两??水谪之间的毛细压力差为：??Ｐ＝Ｋｌｉ－ｌ２）／ｄ?（２）??其中，７１和７２分别为两液滴中较高的界面张力和??较低的界面张力。可以看出，当两水滴的界面张力??相等时，水滴之间不存在毛细压力差，因此水滴的??聚并过程是完全对称的。然而，当两水滴界面张力??不同时，聚并过程呈现出不同的现象，如图３（ｂ）所??示。根据式（２）可知，两水滴之间的界面张力差导致??了毛细压力差。因此在形成液桥通道后，高界面张??力水滴将会渗入低界面张力水滴，形成一个光滑的??半月面，并没有造成混合。??如图３（ｃ）所示，界面张力差的增加导致射流的??前端逐渐形成一个蘑菇头射流。在到达右侧水滴界??面之前，射流能量被完全耗散，只造成了水滴的部分??混合。由于实验中的高黏度桂油限制了?Ｍａｒａｎｇｏｎｉ??流动和毛细管波。因此，涡流的来源可以推断为射??流和水滴内相之间的黏性摩擦。随着界面张力的进??一步增加，水滴内部形成一个更加剧烈的射流，如??图３（ｄ）所示．射流具有足够的能量冲击右侧水滴的??界面，导致了水滴的完全混合。水滴界面包裹着蘑??菇状旋涡，连续相的高黏度阻力使界面不形成凸起。?
。??２．２液桥演变规律研究??当外部流体存在的情况下，液桥的演变符合惯??性增长规律或者连续相黏性增长规律Ｉ１７１。无量纲数??Ｍｃ／（Ｐ７〇ａ５可以用来划分不同的液桥增长规律，其??中Ａ为连续相的黏度，Ｐ为两种流体中较大的密??度，ｒ为液滴半径在本文实验中大??约为９．７９，这意味着液桥增长符合连续相黏性增长??规律。无量纲时间被用来表征液桥增长规律，??其中ｒｂ＝Ｍｃｒ／７ｂ，?７ｂ代表着液桥处的界面张力。??对于同性水滴，液桥处的界面张力与水滴的界??面张力相同。如图４所示，当＜?＜０．５时，无量纲液??桥４随（＜／ｒｂ）ａ５线性增加，这意味着连续相黏度控??制了液桥的演变。由于液桥的演变理论只适用于液??桥增长初期，因此当ｇ?＞?０．５时，液桥的增长逐渐??偏离线性，并且液挢尺寸越大，偏离越大。??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??图３不同界面张力差下水滴聚并过程．左侧为纯净水滴??（７１＝３０．１４?ｍＮ．ｍ－１），右侧为含表面活性剂水滴，（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
本文编号：2945346
【文章来源】：工程热物理学报. 2020年08期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２油水界面张力值与表面活性剂浓度的关系??Ｆｉｇ．?２?Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｖｓ．?ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ??
１９４２??工程热物理学报??４１卷??诱惑红燃料将左侧纯净水滴进行染色处理，经测量??水滴的界面张力几乎不变。如图３（ａ）所示，可以看??出当两水滴的界面张力相等时，水滴的聚并过程是??完全对称的，没有体相对流的发生。水滴内部的压??力为??Ｐ＝Ｐｈｙｄ?＋?４７／ｄ?（１）??其中，Ｐｈｙｄ为作用在水滴上的静水压力，７为水滴的??界面张力，ｄ为液滴的直径。由于两水滴处于同一高??度，因此作用在两水滴上的静水压力相等。于是，两??水谪之间的毛细压力差为：??Ｐ＝Ｋｌｉ－ｌ２）／ｄ?（２）??其中，７１和７２分别为两液滴中较高的界面张力和??较低的界面张力。可以看出，当两水滴的界面张力??相等时，水滴之间不存在毛细压力差，因此水滴的??聚并过程是完全对称的。然而，当两水滴界面张力??不同时，聚并过程呈现出不同的现象，如图３（ｂ）所??示。根据式（２）可知，两水滴之间的界面张力差导致??了毛细压力差。因此在形成液桥通道后，高界面张??力水滴将会渗入低界面张力水滴，形成一个光滑的??半月面，并没有造成混合。??如图３（ｃ）所示，界面张力差的增加导致射流的??前端逐渐形成一个蘑菇头射流。在到达右侧水滴界??面之前，射流能量被完全耗散，只造成了水滴的部分??混合。由于实验中的高黏度桂油限制了?Ｍａｒａｎｇｏｎｉ??流动和毛细管波。因此，涡流的来源可以推断为射??流和水滴内相之间的黏性摩擦。随着界面张力的进??一步增加，水滴内部形成一个更加剧烈的射流，如??图３（ｄ）所示．射流具有足够的能量冲击右侧水滴的??界面，导致了水滴的完全混合。水滴界面包裹着蘑??菇状旋涡，连续相的高黏度阻力使界面不形成凸起。?
。??２．２液桥演变规律研究??当外部流体存在的情况下，液桥的演变符合惯??性增长规律或者连续相黏性增长规律Ｉ１７１。无量纲数??Ｍｃ／（Ｐ７〇ａ５可以用来划分不同的液桥增长规律，其??中Ａ为连续相的黏度，Ｐ为两种流体中较大的密??度，ｒ为液滴半径在本文实验中大??约为９．７９，这意味着液桥增长符合连续相黏性增长??规律。无量纲时间被用来表征液桥增长规律，??其中ｒｂ＝Ｍｃｒ／７ｂ，?７ｂ代表着液桥处的界面张力。??对于同性水滴，液桥处的界面张力与水滴的界??面张力相同。如图４所示，当＜?＜０．５时，无量纲液??桥４随（＜／ｒｂ）ａ５线性增加，这意味着连续相黏度控??制了液桥的演变。由于液桥的演变理论只适用于液??桥增长初期，因此当ｇ?＞?０．５时，液桥的增长逐渐??偏离线性，并且液挢尺寸越大，偏离越大。??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??图３不同界面张力差下水滴聚并过程．左侧为纯净水滴??（７１＝３０．１４?ｍＮ．ｍ－１），右侧为含表面活性剂水滴，（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
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