ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Истечение жидкости из пены из "Пены теория и практика их получения и разрушения" Гравитационные силы регулируют истечение жидкости через всю сеть-каналов Плато, но оказывают пренебрежимо малое влияние на переток жидкости из пленок к этим каналам. Такой переток обусловлен главным образом капиллярными силами и не зависит от ориентации пленки. Это подтверждает простой расчет. Если принять длину капилляра Z равной 0,05 см, то максимальное давление вследствие гравитационного истечения из пленок к каналам Плато составит Арг = pgl 5 Н/мз (где g — ускорение свободного падения). Радиус кривизны г канала Плато всегда меньше длины канала. Допустив, что г = 0,51, получим значение давления вследствие капиллярных сил Ар а г =120 Н/м при а = 0,03 Н/м. [c.62] В зависимости от стабильности пены истечение жидкости может происходить, в результате выделения междупленочной жидкости и выделения жидкости стенками лопнувших пузырьков. В стабильных пенах пленки разрываются, как правило, лишь при достижении ими определенной толщины в результате предварительного истечения жидкости. Объем жидкости, заключенный в таких утонченных пленках, весьма невелик, вследствие чего доля объема жидкости, выделяющейся за счет разрушения пленок, очень мала. В нестабильных пенах разрушение пленок имеет место еще до достижения ими критической толщины. [c.62] В начальный момент происходит истечение излишнего количества жидкости,, заключенной между пузырьками. Это истечение представляет собой чисто гидродинамическое явление. Из всего объема пены раствор, содержащийся в прослойках, стекает вниз, подпитывая нижележагцие слои пены. Истечение заканчивается, когда вся излишняя жидкость будет удалена и адсорбционные сольвати-рованные слои пленок соединятся. [c.62] Профиль скоростей истечения по сечению пленки и распределение поверхностной энергии представлены на рис. 35. Кинетику истечения жидкости из пен, полученных методом барботирования воздуха через растворы сульфонола НП-1 различных концентраций, иллюстрирует рис. 36. Как следует из рис. 36, скорость истечения, характеризуемая отношением AF/Дт, изменяется во времени. Начальные участки кривых характеризуют минимальную скорость, затем она достигает наибольшего значения и вновь падает. Незначительный конечный объем раствора (единицы процента от обш его объема первоначально содержащейся в пене жидкости) удерживается в пленках продолжительное время с сохранением в ряде случаев устойчивой структуры пены. Увеличение содержания в пенообразующем растворе ПАВ замедляет скорость истечения жидкости из пены на всех участках, что связано с повышением структурно-механических свойств пленок, с увеличением объема мицелл, а также с усилением взаимодействия между адсорбционными слоями. [c.63] Скорость истечения зависит также и от других факторов. Большое влияние, помимо вида ПАВ и его концентрации, оказывают условия образования пены, которые можно сформулировать как скорость формирования адсорбционного слоя. В частности, если пену получают путем пропускания воздушно-жидкостной смеси через сетки, важными параметрами являются скорость потока воздуха, расход раствора, размеры отверстий сетки и т. п. [c.63] Если в уравнение (4.8) подставить значения констант для воды при комнатной температуре, то у = 1,2-104 6 и для пленки толпщной 1 мкм средняя скорость истечения составит около 1-10-8 м/с. [c.63] Кинетика истечения жидкости из пен изучалась многими исследователями. Эмпирически и теоретически были получены уравнения, описывающие этот процесс некоторые из уравнений приведены в монографии Бикермана [6]. [c.63] Конечно, это эмпирическое уравнение имеет существенные недостатки. Оно справедливо лишь на заключительной стадии процесса, когда скорость истечения замедляется. Не будучи основанным на какой-либо физической модели, оно формально описывает явление. Происхождение констант п и m и их физический смысл здесь неясны. Однако заслуга авторов состоит в том, что они фактически впервые исследовали истечение жидкости пз пен как самостоятельный и своеобразный фактор их разрушения. [c.64] Уравнение Пуазейля справедливо для истечения жидкостей из цилиндрических капилляров, а так как жидкость в пене течет в канале треугольного сечения, то его применение к пенам предполагает определенные допущения. [c.64] Однако уравнение (4.13) вряд ли можно применить к пенам, поскольку выбранная модель неудачна. Кроме того, это уравнение не связывает скорость истечения с объемом содержащейся в пленке жидкости. [c.64] Это уравнение справедливо для истечения жидкости практически на протяжении всего процесса за исключением начального и конечного периодов. Значения постоянных к, аи Ъ зависят от вида и концентрации ПАВ в растворе. Однако, как указано в работе [9], интерпретация физического смысла этих констант затруднительна, вследствие чего уравнение имеет ограниченное применение. [c.64] Однако какие-либо сведения о применимости этого выражения для обработки практических результатов исследований отсутствуют. [c.65] Справедливость уравнения (4.16) проверяли на растворах нескольких пенообразующих веществ в концентрации около 2%. Однако проверка показала, что значения констант Р и у имеют большой разброс. [c.65] Проверка показала, что ki при увеличении вязкости раствора изменяется незначительно, а Уо — существенно, особенно при различных концентрациях ПАВ. [c.65] Справедливость уравнения (4.18) проверяли [9] на пенах, полученных тремя различными способами встряхиванием в цилиндрах, просасыванием раствора через пористый фильтр на приборе Арбузова — Гребенщикова и перемешиванием в пеновзбивателе. Для получения пен использовали растворы различных пенообразующих веществ, причем в некоторых опытах в раствор вводили загустители. Кинетика истечения жидкости из пены, полученной встряхиванием в цилиндрах, вполне удовлетворительно описывается уравнением (4.18). Однако при использовании прибора Арбузова — Гребенщикова и иеновзбивателя для некоторых растворов наблюдались значительные отклонения от этого уравнения, особенно в начальный момент истечения. [c.65] Кривые истечения жидкости из пены, как видно из рис. 36, могут быть разбиты на три участка, каждый из которых аппроксимируется одним из эмпирических уравнений [И] (4.20), V = Vff — 1/A tи уравнением (4.14) (см. табл. 5). Эти уравнения, предложенные для водных пен, достаточно хорошо описывают также кинетику истечения жидкости из пен на основе органических растворителей, хотя концентрация ПАВ, необходимая для получения таких пен, во много раз больше. [c.66] Параметры зфавнения кинетики истечения а ж п можно найти экспериментально. Результаты эксперимента и расчета оказались близкими погрешность составила менее 2%. [c.66] Уравнение содержит эмпирические константы к, То и п, определяющие кинетику коалесценции пузырьков. Если принять, что т = О, то F = Уов -(- соответствует объему свободной жидкости в пене до начала ее разрушения. При т оо имеем V = — полный объем жидкости, вытекшей из пены. [c.66] Уравнение (4.31), а также три других, описывающих процесс при различных вариантах движения пены, при экспериментальной проверке показали вполне удовлетворительную сходимость. [c.67] В табл. 5 приведены основные уравнения, описывающие разрушение пен вследствие истечения жидкости. Вид уравнения зависит от принятой физической модели и условий эксперимента. Все уравнения имеют определенные ограничения, поскольку процесс очень сложен и, по-видимому, не может в настоящее время быть описан простым математическим выражением. В связи с тем, что некоторые из этих уравнений выражаются экспоненциальной зависимостью, Росс [17] приводит аналогии из различных разделов физики, характеризующие уменьшение потенциальной энергии и подчиняющиеся экспоненциальному уравнению (например, в случае истечения жидкости из дна сосуда, а также газа через отверстие). Так как в пенах протекают именно эти два процесса, то, по-видимому, можно полагать, что распад пены представляет собой рассеяние запасенной ею потенциальной энергии в виде сжатого газа, находящегося под давлением выше атмосферного, увеличенной поверхности раздела газ — жидкость и определенного запаса жидкости, вытекающей между пузырьками. [c.67] Вернуться к основной статье