Растекание и смачивание проводящими жидкими фазами поверхности твердых тел в магнитных полях

• Автор: Чернов, Виталий Владиславович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 124 с. : ил.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ СМАЧИВАНИЯ И РАСТЕКАНИЯ В СИСТЕМЕ ТВЕРДОЕ ТЕЛО - МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ РАСПЛАВ

1.1. Влияние различных факторов на смачивание жидкостью твердых поверхностей

1.1.1. Размерный эффект краевого угла смачивания

1.1.2. Зависимость краевого угла от степени шероховатости

1.1.3. Зависимость угла смачивания от анизотропии поверхности

1.1.4. Смачивания химически неоднородной поверхности

1.1.5. Компьютерное моделирование растекания малых капель по микрогетерогенной подложке

1.1.6 Смачивание упруго деформируемых тел

1.1.7 Прекусионная пленка

1.1.8. Учет перекрестных эффектов при смачивании

1.2. Растекание жидкости по поверхности твердого тела

1.2.1. Кинетика растекания по плоской поверхности
1.2.2. Кинетика расплющивания капель
1.2.3. Кинетика растекания в тонкопленочных системах 3
1.3 Кинетика капиллярного впитывания
1.4. Фрактальная размерность поверхности пористого тела и проблемы смачивания
1.5. Влияние электрического и магнитного полей на смачиваемость и растекание электропроводящей жидкости
Выводы к главе 1
Глава II. РАСТЕКАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ ПО ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ 5
2.1 Модель двумерного растекания металлической капли по поверхности твердого тела в магнитном поле
2.2 Решение уравнения растекания малой капли по поверхности твердого тела
2.3 Анализ полученных результатов
Выводы к главе II
ГЛАВА III. КАПИЛЛЯРНОЕ ВПИТЫВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ В МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ
3.1 Определение начальной скорости и продолжительности движения жидкости в капиллярах
3.2 Уравнение движения жидкости в капилляре в магнитном поле с учетом релаксации краевого угла смачивания
3.3 Определение начальной скорости и продолжительности движения жидкости в капиллярах в магнитном поле
3.4 Влияние размеров капилляров на межфазную энергию на границе металлическая нить-диэлектрическая среда
Выводы к главе III

ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ФОРМУ КАПИЛЛЯРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ МАЛОУГЛОВОМ РАСТЕКАНИИ ПРОВОДЯЩЕЙ КАПЛИ НА ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ
4.1. Оценка влияния электромагнитного поля на капиллярную постоянную и равновесный краевой угол смачивания
4.2. Определение профиля капиллярной поверхности проводящей капли в электромагнитном поле при малоугловом смачивании
4.3. Определение линейных размеров проводящей капли в электромагнитном поле
4.4. Вычислительный эксперимент и анализ результатов
Выводы к главе IV
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность темы. Несмотря на значительные успехи, достигнутые в области исследования смачиваемости и адгезионного взаимодействия в системах твердое тело-жидкость, эти процессы до сих пор недостаточно хорошо изучены, а некоторые фундаментальные проблемы капиллярности лишь теперь начинают решаться.
Процессы смачивания и растекания жидких металлических расплавов по поверхности твердого тела являются начальными и важнейшими стадиями многих физико-химических явлений, сопутствующих современным технологиям. Задача управления этими процессами является чрезвычайно актуальной и требует комплексного теоретико-экспериментального исследования сложных физико-химических явлений и разработки новых способов силового воздействия на них через внешние поля (электрические, магнитные, электромагнитные и др.) Следует отметить, что даже при отсутствии указанных внешних полей, гидродинамические условия течения жидкости по поверхности твердого тела при смачивании очень сложны и определяются как свойствами жидкости, так и свойствами твердого тела, а также его геометрией и степенью шероховатости поверхности. В настоящее время даже для систем, в которых жидкость не взаимодействует химически с твердым телом, отсутствует решение уравнений Навье-Стокса, которое в достаточной мере адекватно описывает все стадии процесса растекания жидкости по поверхности твердого тела.
При исследовании течения проводящей жидкости в электрическом и магнитном полях, объединение электромагнитных и поверхностных явлений с динамикой жидкости порождает новые трудности. Однако новые физические явления, возникающие при этом, дают новые возможности для управления исследуемыми в работе процессами смачивания и растекания.
Изложенное свидетельствует об актуальности теоретических исследований процессов смачивания и растекания металлических расплавов по поверхности твердых тел в электрическом и магнитном полях.

шая выдержка до 10-15 мин к существенным изменениям радиуса растекания и контактного угла не приводила. Однако при более длительных выдержках, особенно для систем индий — висмут и индий — никель, наблюдалось заметное уменьшение контактного угла. Следует отметить, что после длительной выдержки и выключения поля конечные значения контактных углов не зависели от того, происходило растекание в магнитном поле или без магнитного поля, и для индия, галлия и растворов индия с никелем и висмутом соответственно равны 50, 60, 62, 35°.
Некоторые результаты опытов по растеканию по поверхности меди капель индия, жидких сплавов индий + 2 ат.% никеля и индий + 34ат. % висмута приведены на рис. 1.17. Из результатов можно сделать следующие выводы. Имеют место две стадии растекания: 1-я стадия — быстрое изменение контактного угла и зависимость радиуса растекания от времени вида г ~ т}/4 2-я стадия - весьма слабая зависимость 0 от времени, а радиус растекания г ~ г//3. 1-я стадия длится во времени около 0.2с.
Рис .1.17 Зависимость контактного угла в (а) и радиуса растекания (б) капель индия по поверхности меди от времени т: 1- без магнитного поля, 2- Н=104Э, 3 - Н=1.5 104Э
Наличие магнитного поля напряженностью 5-103-2-104 Э приводит к уменьшению скорости растекания проводящей жидкости на 10-20% и увеличению контактного угла на 5° - 20° на длительное время (часы). При длительной выдержке (5-10 ч) наблюдалось медленное уменьшение контактного угла <9 до его равновесного значения вр независимо от того, происходило ли растекание в