Разработка устройств для исследования свойств жидкости в капиллярной гидродинамике

• Автор: Кирколуп, Евгений Романович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 146 с. : ил.

- 2 -Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ЖИДКОСТИ В КАПИЛЛЯРНОЙ ГИДРОДИНАМИКЕ
1.1. Оценка свойств жидкости в капиллярной гидродинамике
1.2. Обзор и анализ методов и устройств для измерения поверхностного
натяжения жидкостей
1.3. Обзор и анализ методов и устройств по измерению напряжения начального сдвига

1.4. Анализ устройств для измерения вязкости жидкости
ГЛАВА 2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ВЯЗКОСТИ И КАСАТЕЛЬНОГО
НАПРЯЖЕНИЯ СДВИГА ЖИДКОСТИ
2.1. Исследование динамики капиллярного натекания
2.1.1. Капилляр расположенный горизонтально
2.1.2. Проведение эксперимента и исследование профиля скорости в капилляре
2.1.3. Капилляр расположенный под углом к горизонту
2.2. Способ измерения относительной вязкости биологической жидкости
2.3. Вискозиметр для биологических жидкостей
2.4. Установка для исследования движения границы раздела жидкости в
вертикальном капилляре
2.5. Исследование напряжения начального сдвига при изменении толщины
прослойки жидкости
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИСТЕРЕЗИСА СМАЧИВАНИЯ
3.1. Экспериментальное исследование гистерезиса смачивания с помощью
плоского капилляра
3.2. Экспериментальное исследование гистерезиса смачивания с помощью
цилиндрического капилляра
3.3. Исследование гистерезиса смачивания с помощью металлических и
диэлектрических подложек различной геометрии
3.3.1. У гол оттекания в металлических и диэлектрических капиллярах различной геометрии
3.3.2. Исследование растекания жидкости по горизонтальным металлическим и диэлектрическим подложкам
ЗАКЛЮЧЕНИЕ - 106-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность:
Исследование свойств и характеристик жидкостей, таких как поверхностное натяжение, вязкость, процесс растекания жидкости по твердой подложке, требуются во многих отраслях промышленности: в
нефтедобывающей и перерабатывающей промышленности, в химической технологии, в хроматографии и фармакологии. Важной особенностью поведения жидкости является ее растекание по твердой поверхности [1-10]. Например, нанесение пленок, струйная печать, методы оценки степени чистоты твердых поверхностей, третичные способы вытеснения нефти из недр основаны на явлении смачивания жидкости твердых поверхностей [1,5]. ’
Однако, несмотря на широкое использование явления смачивания в современных технологиях, существует еще большое количество .нерешенных проблем в этой области, так как все межфазные эффекты весьма чувствительны к примесям и физическому состоянию поверхности (шероховатостям, дислокациям). Кроме того, межфазную поверхность твердое тело - жидкость исследовать существенно сложней, чем, например, поверхность твердое тело -вакуум [1,2]. Особое внимание при изучении растекания следует уделять двум подобным неравновесным явлениям — гистерезису краевых углов [1,2,11,12], связанному с зацеплением линии контакта за локализованные дефекты, и режиму «сухого растекания», когда конечное состояние растекшейся капли может быть пленкой значительно превышающей толщину мономолекулярного слоя [1]. Еще одним деликатным вопросом является динамика растекания, которая указывает на различие между простыми жидкостями, растекающимися накатыванием на поверхность и расплавами полимеров, которые могут скользить по поверхности подложки [10].
Для изучения этих неравновесных явлений используются в основном оптические и волновые методы исследования, что делает их достаточно дорогостоящими и трудоемкими. Но практически все экспериментальные методы, использующие электронные пучки, за исключением некоторых

(флуоресценция, ЭПР и др.), не могут быть применимы для исследования жидкостей, либо их область применения слишком ограничена. Это касается и электрохимических методов исследования [1]. Другими словами, в настоящий момент все еще существует необходимость создания приборной и методической базы для исследования свойств жидкости в капиллярной гидродинамике, которые бы позволяли оперативно определять поверхностное натяжение, относительную вязкость и напряжение начального сдвига жидкости.
Цель работы:
Основной целью работы являлась разработка устройств и методов исследования свойств жидкости, определяющих поведение жидкости в капиллярной гидродинамике. При этом ставились следующие задачи: о Разработка устройств для исследования вязкого трения при капиллярном
натекании и проведение с их помощью экспериментов по выявлению характера течения жидкости.
© Разработка устройства для исследования напряжения начального сдвига.
® Разработка методик для исследования гистерезиса смачивания и
растекания жидкости по твердой подложке.
Научная новизна работы:
© Предложен новый способ для измерения относительной вязкости
жидкости и разработано устройство, реализующее данный способ.
© Обнаружен скачкообразный характер движения жидкости по
вертикальному капилляру и предложена методика фиксации прекурсионной пленки, предшествующей растеканию, с помощью созданной установки для исследования движения границы раздела жидкости по вертикальному капилляру.
© Предложена оценка напряжения начального сдвига и впервые
исследована его зависимость от толщины пленки жидкости с использованием разработанного для этого устройства.

Рис. 2.6 - Зависимость квадрата
координаты мениска спирта от времени. 1 - пунктирная линия -капилляр с! = 0,59 мм, 2 - сплошная линия - капилляр сі = 0,31 мм.
Рис. 2.7 - Зависимость квадрата координаты мениска
трансформаторного масла от времени. 1 — пунктирная линия — капилляр (1 = 0,59 мм, 2 - сплошная линия - капилляр (1 = 0,31 мм.
Таблица 2.1. Максимальные высоты поднятия спирта и трансформаторного масла (И) и тангенсы угла наклона (к) экспериментальных прямых 22 (к).
Жидкость оИО'3, м *Т0‘3, м /НО'6, м2/с (7; / (7/ */ / К
Спирт сі, = 0.94 10.8 3905.6 сі] 1 с12 = 2.8 И2/И
с12 = 0.34 Й2 = 31.6 1345.2 ё2Ы3= 1.4 И3/И2
с13 = 0.25 И3 = 42.1 1045.4 с// / (із — 3.8 Из/И
й4 = 0.59 И4 = 20.3 1964.2
5 = 0.31 *5 = 41.1 1011.6 сі4/сі5 = 1.9 И3 / И4
Трансформаторное масло ііі = 0.94 И, = 13.8 539.7 сії / с12 = 2.76 И2/И
с12 = 0.34 И2 = 39.2 194.7
й3 = 0.59 Из = 24.4 252.5
СІ4 = 0.3 1 И4 = 50.7 136.9 <і3/сі4= 1.9 И4/И