Влияние ПАВ на коэффициент сопротивления пузырька при малых числах Рейнольдса
Закономерности движения частиц в двухфазной среде. Расчет коэффициента сопротивления сферического пузырька воздуха, движущегося в однородной вязкой жидкости. Исследование влияния ПАВ на коэффициент сопротивления одиночного сферического пузырька воздуха.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.10.2018 |
| Размер файла | 159,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2
Томский государственный университет, 634050, Томск
ВЛИЯНИЕ ПАВ НА КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПУЗЫРЬКА ПРИ МАЛЫХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА
В.А. Архипов, С.А. Басалаев, А.С. Усанина
Динамика и основные закономерности движения газовых пузырьков в жидкости представляют интерес для решения ряда технических и технологических задач, связанных с использованием газожидкостных сред. (кавитация, барботаж, флотация и т.д.) [1].
Закономерности движения частиц в двухфазной среде, в первую очередь, определяются силой динамического сопротивления. Корректное определение коэффициентов динамического (а также теплового) взаимодействия фаз играет ключевую роль при создании адекватных моделей многофазных течений. Наиболее обширные результаты по коэффициенту сопротивления получены для твердых частиц дисперсной фазы [2]. В частности, при числах Рейнольдса Re<1 коэффициент сопротивления частицы определяется зависимостью Стокса
. (1)
Коэффициенты сопротивления деформируемых частиц дисперсной фазы (капель и пузырьков) зависят от степени их деформации. В работе [2] показано, что коэффициент сопротивления сферического пузырька воздуха, движущегося в однородной вязкой жидкости при числах Рейнольдса Re<1, адекватно описывается зависимостью Рыбчинского-Адамара [2]
. (2)
В ряде промышленных и технологических процессов в дисперсионную среду вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ) для изменения коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела фаз. В частности, в нефтедобывающей промышленности использование ПАВ приводит к увеличению нефтеотдачи пластов, в угольной промышленности - к повышению эффективности обогащения полезных ископаемых флотационным методом.
Поскольку помимо формы пузырька и режима его движения коэффициент сопротивления зависит от физических свойств дисперсной и дисперсионной сред, то, по-видимому, введение ПАВ в жидкость оказывает влияние на закономерности и динамику движения пузырька.
Целью настоящей работы является экспериментальное исследование влияния ПАВ на коэффициент сопротивления одиночного сферического пузырька воздуха, движущегося в вязкой жидкости в области малых чисел Рейнольдса (Re<1). Исследование проводилось на установке, состоящей из прозрачной кюветы с плоскопараллельными стенками размером 10Ч10Ч60 см, устройства для получения пузырьков и системы визуализации процесса всплытия пузырька. Подробное описание экспериментальной установки приведено в [3]. В качестве вязкой жидкости в экспериментах использовался глицерин, а в качестве ПАВ - жидкое мыло. Концентрация ПАВ в жидкости составляла около 0.4% от массы глицерина.
При проведении экспериментов проводились тщательные измерения всех определяющих параметров (плотности сl и коэффициента динамической вязкости мl жидкости, размера пузырька D и скорости его всплытия u). Экспериментальное значение коэффициента сопротивления пузырька определялось из уравнения движения пузырька в стационарном режиме (при ) по формуле
,
движение двухфазный пузырек сферический
где g - ускорение свободного падения. По аналогии с (1) и (2) экспериментальная зависимость аппроксимировалась формулой
(3)
Методом наименьших квадратов получено значение А=21.73. Регрессионный анализ показал, что коэффициент детерминации для зависимости Стокса равен R2=0.95, для зависимости Рыбчинского-Адамара R2=0.78, а для зависимости (3) R2=0.99. Таким образом, зависимость (3) наиболее адекватно отражает результаты проведенных экспериментов.
На рисунке приведены экспериментальные данные (точки) и графики зависимостей (1)-(3) в исследованном диапазоне чисел Рейнольдса (Re=8·10-3ч6·10-2). Из приведенных графиков следует, что при Re<1 экспериментальная зависимость ближе к Стоксовской зависимости для коэффициента сопротивления, чем для зависимости Рыбчинского-Адамара.
Зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса: 1 - зависимость (1); 2 - зависимость (2); 3 - зависимость (3)
Таким образом, в присутствии ПАВ характер всплытия пузырька близко совпадает с характером осаждения твердого шарика того же размера в чистой жидкости (без ПАВ).
Поскольку ПАВ обладают различной поверхностной активностью [4], то для каждой пары жидкость-ПАВ, по-видимому, будет наблюдаться своя зависимость . Представляется целесообразным проведение исследований влияния ПАВ на коэффициент сопротивления в более широком диапазоне режимов движения пузырька и композиций жидкость-ПАВ.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук (№ МК-1259.2013.1) и Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 12-08-00313 а).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бошенятов Б.В. Гидродинамика микропузырьковых газожидкостных сред // Известия Томского политехнического университета. 2005. Т. 308, № 6. С. 156-160.
Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987.
Архипов В.А., Васенин И.М., Усанина А.С. Экспериментальное исследование нестационарных режимов всплытия одиночного пузырька // Инженерно-физический журнал. 2013. Т. 86, № 5. С. 1097-1106.
Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев: Наукова думка, 1974.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Баллистика движения материальной точки в случае нелинейной зависимости силы сопротивления от скорости. Зависимости коэффициента лобового сопротивления от числа Рейнольдса для шара и тонкого круглого диска. Расчет траектории движения и силы сопротивления.
статья [534,5 K], добавлен 12.04.2015Экспериментальная проверка формулы Стокса и условий ее применимости. Измерение динамического коэффициента вязкости жидкости; число Рейнольдса. Определение сопротивления жидкости, текущей под действием внешних сил, и сопротивления движущемуся в ней телу.
лабораторная работа [339,1 K], добавлен 29.11.2014Численный расчет коэффициента лобового сопротивления при осесиметричном обтекании корпуса бескрылого летательного аппарата, совершающего полет в атмосфере на высотах до 80 км, при вариации размеров некоторых элементов форм головной или кормовой частей.
контрольная работа [370,3 K], добавлен 12.09.2012Характеристика района строительства и назначения помещения. Теплотехнические характеристики материала стены. Расчет нормируемого сопротивления теплопередаче. Расчет и определение сопротивления паропроницанию и воздухопроницанию ограждающей конструкции.
контрольная работа [94,2 K], добавлен 08.04.2011Потери напора на трение в горизонтальных трубопроводах. Полная потеря напора как сумма сопротивления на трение и местные сопротивления. Потери давления при движении жидкости в аппаратах. Сила сопротивления среды при движении шарообразной частицы.
презентация [54,9 K], добавлен 29.09.2013Исследование устойчивости вращения твердого тела при сферическом движении с неподвижным центром вращения. Сферическое движение сегментных оболочек с мгновенным центром вращения. Исследование устойчивости сферического движения эллипсоидной оболочки.
учебное пособие [5,1 M], добавлен 03.03.2015Определение эквивалентного сопротивления цепи и напряжения на резисторах. Расчет площади поперечного сечения катушки. Определение наибольших абсолютных погрешностей вольтметров. Расчет индуктивного сопротивления катушки и полного сопротивления цепи.
контрольная работа [270,7 K], добавлен 10.10.2013Основные этапы построения поляры самолета. Особенности определения коэффициента лобового сопротивления оперения, фюзеляжа и гондол двигателей. Анализ коэффициента индуктивного сопротивления, характеристика построения графика зависимости, значение поляры.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 19.02.2013Определение зависимости сопротивления сети от скорости потока, расчет сопротивления для определенного значения. Принцип работы и внутреннее устройство насосной установки, определение расхода воды в зависимости от перепада давления на дифманометре.
курсовая работа [75,8 K], добавлен 21.02.2009Закон движения груза для сил тяжести и сопротивления. Определение скорости и ускорения, траектории точки по заданным уравнениям ее движения. Координатные проекции моментов сил и дифференциальные уравнения движения и реакции механизма шарового шарнира.
контрольная работа [257,2 K], добавлен 23.11.2009Порядок вычисления тангенциального ускорения точки по заданным данным. Нахождение положения точки и ее координат. Расчет отношения времени скатывания заданных тел. Расчет коэффициента сопротивления плоскости шару. Амплитуда и начальная фаза колебаний.
контрольная работа [396,3 K], добавлен 07.02.2012Краткое описание котельного агрегата БКЗ-420-140ГМ. Определение коэффициента избытка воздуха, объемов и энтальпий продуктов сгорания. Расчет пароперегревателя и воздухоподогревателя. Оценка общего сопротивления по участкам газового и воздушного трактов.
курсовая работа [585,9 K], добавлен 14.03.2012Преобразование источника тока в эквивалентный ему источник. Расчет собственного сопротивления контуров и сопротивления, находящиеся на границе. Расчет методом узловых потенциалов. Составление расширенной матрицы, состоящей из проводимостей и токов.
контрольная работа [45,4 K], добавлен 22.11.2010Основные сведения о термометрах сопротивления и металлах, применяемых для их изготовления. Автоматические компенсационные приборы для работы с малоомными термометрами сопротивления. Общие сведения об автоматических уравновешенных мостах. Логометры.
реферат [513,9 K], добавлен 27.02.2009Основное уравнение гидростатики, его формирование и анализ. Давление жидкости на криволинейные поверхности. Закон Архимеда. Режимы движения жидкости и гидравлические сопротивления. Расчет длинных трубопроводов и порядок определения силы удара в трубах.
контрольная работа [137,3 K], добавлен 17.11.2014Выбор способа шлакоудаления. Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки. Объем и энтальпия продуктов сгорания и воздуха. Расчет топлива, теплообмена, конвективного пароперегревателя, водяного экономайзера. Аэродинамический расчет котельного агрегата.
курсовая работа [5,3 M], добавлен 27.07.2013Силы и коэффициент внутреннего трения жидкости, использование формулы Ньютона. Описание динамики с помощью формулы Пуазейля. Уравнение Эйлера - одно из основных уравнений гидродинамики идеальной жидкости. Течение вязкой жидкости. Уравнение Навье-Стокса.
курсовая работа [531,8 K], добавлен 24.12.2013Гипотезы сопротивления материалов, схематизация сил. Эпюры внутренних силовых факторов, особенности. Три типа задач сопротивления материалов. Деформированное состояние в точке тела. Расчёт на прочность бруса с ломаной осью. Устойчивость сжатых стержней.
курс лекций [4,1 M], добавлен 04.05.2012Определение эквивалентной емкости схемы и энергии, запасенной ею. Расчет эквивалентного сопротивления и токов. Описание основных характеристик магнитного поля. Расчет тока в электрической лампочке и сопротивления ее нити накала, при подключении сеть 220В.
контрольная работа [32,4 K], добавлен 17.10.2013Вязкость - свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого. Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса. Законы и соотношения, использованные при расчете формулы.
лабораторная работа [531,3 K], добавлен 02.03.2013
