Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Разработка устройств для исследования свойств жидкости в капиллярной гидродинамике

Диссертация: Разработка устройств для исследования свойств жидкости в капиллярной гидродинамике
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей 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… Читать ещё >

Содержание

  • 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
  • — 161.4. 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 .-322.1.3. 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. Угол отгекания в металлических и диэлектрических капиллярах различной геометрии
      • 3. 3. 2. Исследование растекания жидкости по горизонтальным металлическим и диэлектрическим подложкам

Разработка устройств для исследования свойств жидкости в капиллярной гидродинамике (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

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 теловакуум [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 работыо Предложен новый способ для измерения относительной вязкости жидкости и разработано устройство, реализующее данный способ, о 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. На основании методики исследования растекания жидкости по твердой подложке предложена математическая оценка краевых углов натекания жидкости на горизонтальных подложках прямоугольной и треугольной форм.

Практическая значимость:

Разработанные новые способ и устройство для измерения относительной вязкости жидкости позволяют оперативно и достоверно определять относительную вязкость исследуемой жидкости и дополнительно определять коэффициент поверхностного натяжения жидкостей для текущих значений температуры и влажности.

Создана установка для исследования движения границы раздела жидкости по вертикальному капилляру, благодаря которой можно исследовать характер капиллярного натекания и регистрировать краевые углы смачивания.

Разработанное устройство для исследования напряжения начального сдвига жидкости позволяет исследовать зависимость напряжения начального сдвига от толщины пленки жидкости.

Разработана новая методика исследования гистерезиса смачивания жидкостей и предложен критерий оценки краевого угла натекания при растекании жидкости по твердой подложке.

Основные положения, представляемые к защите: Устройство и способ измерения относительной вязкости жидкости. Установка для исследования движения границы раздела жидкости по вертикальному капилляру. о Устройство для исследования напряжения начального сдвига жидкости. © Методика исследования растекания жидкости на горизонтальных подложках прямоугольной и треугольной форм, позволяющая сделать математическую оценку краевых углов натекания жидкости.

Основные выводы и результаты работы:

• Разработан способ измерения относительной вязкости жидкости и устройство для реализации этого способа.

• Разработана установка для исследования движения границы раздела жидкости по вертикальному капилляру.

• Предложена методика исследования скачкообразного характера капиллярного движения жидкости и краевых углов смачивания в плоских и цилиндрических капиллярах.

• Разработано устройство для исследования напряжения начального сдвига жидкости, в результате применения которого предложена оценка напряжения начального сдвига и исследована его зависимость от толщины пленки жидкости.

• Разработана методика исследования гистерезиса смачивания и растекания жидкости по твердой подложке, на основании которой предложена математическая оценка краевых углов натекания жидкости на горизонтальных подложках прямоугольной и треугольной форм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Де Жен П. Ж., Смачивание: статика и динамика. // Успехи физических наук, т. 151, вып. 4, 1987. с. 619−681.
  2. .Д. Гистерезис смачивания // Соросовский образовательный журнал, № 7, 1999. с. 98 — 102.
  3. О.В., Губергриц Н. Б., Череватская Е. Ю., Иванова Е. В. перспективы применения динамической межфазной тензиометрии в клинической гематологии. // Украинский медицинский журнал. № 1 (15), 2000, -с. 16−20.
  4. М.В., Халикова А. И. Оптимизация процесса подачи деэмульгатора. // Нефтегазовое дело, 2004, http://www.ogbus.ru
  5. О.А., Горбачева Н. А., Фестонная нестабильность капли летучей нерастворимой жидкости, помещенной на поверхность другой жидкости, при охлаждении испарением. // Письма в ЖТФ, т. 33, вып. 4, 2007. — с. 39−44.
  6. Н.А. Капиллярные движения пузырьков и капель, управляемые тепловым воздействием света: Автореф. дис. канд. ф.-м. наук: 01.02.05 / Тюменский государственный университет. Тюмень, 2004. — 20 с.
  7. В.Ф., Ануфриев К. М., Крутовский Е. П., Мосин Ю. В., Злоткин Е. А., Емельянов И. В. Кинетика адсорбции и рекомбинации атомов водорода на поверхности твердых тел // Письма в ЖТФ. 1998, Т. 24, № 5. с.23−27.
  8. Witkowska-Walczak B. Hysteresis between Wetting and Drying Processes as affected by Soil Aggregate Size. // International Agrophysics, 2006, Vol. 20, No. 4, pp. 359−365.
  9. Sander G.C., Norbury J. Effect of Hysteresis on wetting Front Stability // European Geosciences Union 2004, Geophysical Research Abstracts, Vol. 6, 7 292, 2004.
  10. H.C. Течение полярных жидкостей с водородными связями через капилляры с лиофильными стенками. М: Наука, 1974. — с. 76−79.
  11. .В., Железный Б. В. и др. Свойства жидкостей в тонких кварцевых капиллярах. М: Наука, 1974. — с. 90−94.
  12. А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979. — 568 с.
  13. Успехи коллоидной химии / под ред. П. А. Ребиндера и Г. И. Фукса, — М.: Наука, 1973.-с. 5−8
  14. А. И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. — Л., «Химия», Ленингр. отделение, 1967. 388 с.
  15. .В., Кротова Н. А., Смилга В. П., Адгезия твёрдых тел. — М.: Наука, 1973.-280 с.
  16. Ю.М., Маленков А. Г., Клеточная поверхность и реакции клеток. -Л., 1968.-296 с.
  17. Belova N. S., Leonov S. B. Capillary Hydrodynamics of the Liquid-Gas Interface in Flotation // Journal of Mining Science, 1994, Vol. 29, No. 6, pp. 537−541.-10 922. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. — М.: Мир, 1980.-488 с.
  18. Электронные процессы на поверхности и в монокристаллических слоях полупроводников // Труды симпозиума. Под ред. А. В. Ржанова. — Новосибирск: Наука, 1967.-240 с.
  19. Физико-химические процессы в полупроводниках и на их поверхности. -Воронеж: Изд-во ВГУ, 1981.-200 с.
  20. Ю.Г., Князев А. С. Технология обработки поверхностей в микроэлектронике. Киев: Техника, 1990. — 206 с.
  21. В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. -М.: Машиностроение, 1987. 304 с.
  22. Hauksbee F. Physico-mechanical experiments, London, 1709, pp. 139−169.
  23. Maxwell J.C. Capillary action. / The encyclopaedia britannica, 11th edition, cambrige: at the university press, 1910, vol. 5, p. 256.
  24. Дж. В. Термодинамические работы. / Пер. с англ. Под ред. В. К. Семенченко. М. — JL, Гостехиздат, 1950. — 492 с.
  25. А.И. 100 лет теории капиллярности Гиббса. // В сборнике: Современная теория капиллярности. JL: Химия, 1980. — 344 е., ил.. ,
  26. Ван-дер-Ваальс И.Д., Констам Ф. Курс термостатики. 4.I.II. М.:ОНТИ, 1936.
  27. Bakker С. Kapillaritat und Oberflachenspannung. / Handb. der exper. phys. bd. vi. Leipzig, Wien-harms, 1928.
  28. Э. Современная термодинамика. / Пер. с англ. М.: Госхимиздат, 1941.
  29. А.И. Термодинамика поверхностных явлений. М.: Наука, 1989. -305 с.
  30. П. Физическая химия. Т.2. М.: Мир, 1980. — 584 с.. «
  31. Я.И. Кинетическая теория жидкостей. JL: Наука 1975. — 592с.- 11 038. Стасенко JI. Молекулы, сосиски и алмазы // Квант, 2003, № 1. с. 35−36.
  32. Г. В. Нанотрибология: экспериментальные факты и теоретические модели // Успехи физических наук. 2000, Т. 170, № 6. с.585−618.
  33. В.Ф., Васильев Н. Ф., Иващук О. А., Крутовский Е. П., Мосин Ю. В., Злоткин Е. А. Начальный пик на зависимости от времени скорости гетерогенной рекомбинации атомов водорода на поверхности кристаллофосфоров // Письма в ЖТФ. 1998, Т. 24, № 3. с.54−59.
  34. Э.Ф. Зависимость поверхностного натяжения от размера системы и диаметра волокна // Текстильная химия, № 2 (11), 1997. с. 11−16.
  35. Я.Е. Капля./ Я.Е. Гегузин- АН СССР. 2-ое доп. изд. — М., «Наука», 1977. — 176 е.: ил. (науч. попул. серия)
  36. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения вIжидкостях./ Под ред. И. З. Фишера. М., Изд. иностр. лит., 1978. — 291 с.
  37. Справочник по физико-химическим методам исследования объектов окружающей среды / Г. И. Аранович, Ю. Н. Коршунов, Ю. С. Ляликов. Л.: Судостроение, 1979. — 648 с.
  38. П.П. Физико-химические методы исследования металлургических процессов. — М.: Металлургия, 1988. 511 с.
  39. В.Н. Коллоидная химия: Учеб. для медико-биолог. спец. вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. Шк., 1989. — 238 е., ил.
  40. В.М., Павлова Л. М. Химическая термодинамика и фазовые равновесия. М.: Металлургия, 1988. — 558 е., ил.
  41. Э.М., Семагина Н. В., Матвеева В. Г. Влияние поверхностных характеристик участников реакции на скорость селективного каталитического гидрирования// Вестник ТГТУ. № 1 (1), 2002, с. 28−31.
  42. B.H., Вольпян А. Е., Курдюмов Г. М. Направленная кристаллизация и физико-химический анализ. -М.: Химия, 1976. 200 с.
  43. А. Драго, Физические методы в химии. В 2-х т. М.: Мир, 1981. — 422 е., 456 с.
  44. Ю.В., Филипповский Ю. В. Вращающийся дисковый электрод. — М.: Наука, 1972.-340 с.
  45. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / Под ред. Ю. Г. Фролова и А. С. Гродского. М.: Химия, 1986. — 216 с.
  46. М. М., Мищенко С. В., Мордасов Д. М. Физические основы измерения плотности и поверхностного натяжения пневматическими методами: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 1999. — 76 с.
  47. Физические основы измерений: Метод, указ. / Сост. Д. М. Мордасов, М.М.I
  48. Мордасов. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. ун-та., 2002, — 32 с.
  49. А. И., Прохоров В. А. Межфазная тензиометрия.— СПб: Химия, 1994. 400 с.
  50. О.А. Влияние рН, добавок карбамида и бромида натрия на гистерезис смачивания в системе водный раствор цетилтриметиламмоний бромида — стекло. // Жур. Вестн. Моск. Ун-та. сер.2. Химия. Т. 40, № 4, 1999. -с. 267 — 269.
  51. .В., Карасев В. В. Изучение граничной вязкости органических веществ по кинетике утоньшения их смачивающих слоев в процессе сдувания. // Доклады АН СССР, т. 101, № 2, 1955. с. 289 — 292.
  52. В.И., Худяков Г. Н., Петров И. И., Реутт В. Ч. О движении жидкости в резервуаре при перемещении ее струей воздуха // Инж.-физ. журнал, т. 1, № 11, 1958. с. 6 — 13.
  53. В.В., Дерягин Б. В. Измерения граничной вязкости по кинетике утоньшения смачивающих пленок жидкостей в процессе сдувания // ЖФХ, т. 33, вып. 1, 1959. с. 100 — 106.
  54. .В., Чураев Н. В. Новые свойства жидкостей. Сверхплотная вода. -М.: Наука, 1971. 176 с.
  55. У.Б., Булгадаев А. В., Дерягин Б. В. Измерение сдвиговой упругости жидкостей и их граничных слоев резонансным методом. // ЖТФ, Т. 51, Вып. 4(10), 1966. с. 969−982.
  56. .В., Зорин З. М. Оптическое исследование адсорбции и поверхностной конденсации паров вблизи насыщения. // Доклады АН СССР, т. 98, № 1,1954.-е. 93−96.
  57. М.С., Айданова О. С. Исследования в области поверхностных сил. // Сб. докладов на 2-й Всесоюзной конференции по поверхностным явлениям, ИФХ АН СССР, 1964.
  58. .В., Нерпин С. В., Арутюнян М. А. О механокалорическом эффекте при обычных температурах. // Доклады АН СССР, т. 160, № 2, 1965. -с. 387−389.
  59. Ю.М., Дерягин Б. В. Теплоемкость жидкости в дисперсных системах. // Доклады АН СССР, т. 159, № 4,1964. с. 897 — 899.
  60. Н.Н. О температурном расширении воды в макрокапиллярах. // Доклады АН СССР, т. 138, № 6,1961. с. 1389- 1391.
  61. .В. Определение структурной характеристики и удельной поверхности пористого тела по изотерме десорбции // ЖФХ, т. 31, вып. 2, 1957. -с. 516−518.
  62. У. Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в ультраакустике, ИИЛ, 1952.
  63. Л.И. Собр.соч., т. 4. Л.: АН СССР, 1955. — с. 217−218.
  64. С.Э., Лисовский Л. П., Саломонович А. Е. О силах «сухого трения». // Доклады АН СССР, т. 24, № 2, 1939. с. 134 — 138.
  65. О.Ю., Дубинский М. Б., Барштейн Г. Р. Условия перехода к нерегулярному режиму течения расплавов термопластов // Пластические массы, № 9, 1991. с. 40 — 41.
  66. Ю.И., Лужнова О. В., Крупнова Т. Г., Васильева А. В. Эффект сильного влияния малых воздействий на свойства неравновесной гелевой системы оксигидрата ниобия // Известия Челябинского научного центра. Вып. 3 (16), 2002.-с. 98−101
  67. Х.Л., Сагитов Р. Ф., Полищук В. Ю. Моделирование течения материала высокой вязкости для исследования его свойств при больших скоростях сдвига. // Вестник ОГУ, № 4, 2004. с. 142 — 145.
  68. С.С., Волков В. И. Экспериментальное исследование напряжения сдвига у некоторых жидкостей // Вестник Уральской Медицинской академической науки, № 1, 2005. — с. 46 48.
  69. С.С., Волков В. И. Исследование модуля сдвиговой упругости на границе раздела диэлектрик-жидкость // Вестник Уральской Медицинской Академической Науки, Екатеринбург, № 3, 2005. с. 68−70.
  70. А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб. для мед. спец. вузов. 3-е изд. испр. М.: Высш. школа, 1999. — 616 с.
  71. Э. Вязкость жидкостей / Пер. с англ. М. П. Воларовича, Д. Н. Толстого. М., 1932.-215 с.
  72. Н.С. Течение полярных жидкостей с водородными связями через капилляры с лиофильными стенками. М: Наука, 1974. — с. 76−79.
  73. Полубаринова-Кочина П. Я. Теория движения грунтовых вод. Изд. 2-е. -М.: Наука, 1977.-664 с.
  74. .Д., Горюнов Ю. В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. — 324 с.
  75. .В., Чураев Н. В., Муллер В. М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985.-398 с. •
  76. Д.В. Гидравлика, М.: Энергоатомиздат, 1984. — 640(с.- 11 486. Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Издательство академии наук, 1952. — 538 с.
  77. В.И., Козлов Д. Ю., Кирколуп Е. Р. Исследование затекания жидкости в тонкие капилляры при малых числах Вебера // Журнал технической физики, т. 77, Вып. 7, 2007. с. 24−27.
  78. В.И., Козлов Д. Ю., Кирколуп Е. Р. Динамика капиллярного натекания // Известия вузов. Физика, № 5. — Томск, 2007. — с. 69−72.
  79. , В.И. Исследование динамики движения жидкости по капилляру / В. И. Волков, Д. Ю. Козлов, Е. Р. Кирколуп // Известия АТУ, № 1 (53), Барнаул: изд-во АлтГУ, 2007. — с. 100 — 104.
  80. С.С. Диагностика свойств жидкости на границах раздела гетерогенных сред: Автореф. дис. к-та ф.-м. наук. — Барнаул, 2006. 20 с.
  81. В. 3. Канчукоев, Б. С. Карамурзов, В. А. Созаев, В. В., Чернов. Определение начальной скорости и продолжительности движения жидкости в капиллярах. // ИФЖ, Том 76, № 1. Минск, 2003. — с. 4216.
  82. В.И., Козлов Д. Ю., Кирколуп Е. Р. Способ измерения относительной вязкости биологической жидкости. Пол. решение о выдаче пат. Форма № 01 ИЗ-2008 от 02.04.2008 № 2 006 135 687
  83. В.И., Кирколуп Е. Р. Устройство для определения относительной вязкости биологических жидкостей. Пат. RU № 2 319 134 С2 Бюл. № 7 10.03.2008.
  84. Н., Radigan W., Frish И. L. // 1975, J. Colloid and Interface Sci. V. 51, P. 522.
  85. , В.И. Экспериментальное исследование гистерезиса смачивания с помощью плоского капилляра / В. И. Волков, С. С. Лескова, Е. Р. Кирколуп // Вестник Уральской Медицинской Академической Науки, № 2 (12). — Екатеринбург, 2006. с.48−50.
  86. , В.И. Экспериментальное исследование гистерезиса смачивания / В. И. Волков, С. С. Лескова, Е. Р. Кирколуп // Известия АГУ, № 1 (49). Барнаул: изд-во АлтГУ, 2006. — с. 106 — 111.
  87. B.C., Перцов В. Н. Прилипание пузырьков к твердым поверхностям. // Журнал физической химии, т. 8, вып. 2, 1936. с. 245−259.
  88. С.К. Стекло для лабораторных изделий и химической аппаратуры. М., «Наука», 1965. — 107 с. I
  89. B.C. Стеклодувное дело и стеклянная аппаратура для физико-химического эксперимента. М., Химия, 1974. — 328 с.
  90. Физические величины: Справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. -М.: Энергоатомиздат, 1991.-е. 332.
  91. , В.И. Экспериментальное исследование краевых углов натекания в горизонтальных коробах / В. И. Волков, Е. Р. Кирколуп // Известия Алт. гос. унив. 2008. — № 3 (55). — с. 50−56.
  92. В.А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник: Справ. изд./Под ред. А. А. Потехина и А. И. Ефимова. 4-е изд. — СПб: Химия, 1994. — с. 254.
  93. Гинзбург B. JL, Левин Л. М., Сивухин Д. В., Яковлев И. А. Сборник задач по общему курсу физики. Термодинамика и молекулярная физика. М., 1976. -с. 183.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?