合作客戶/
拜耳公司 |
同濟大學 |
聯(lián)合大學 |
美國保潔 |
美國強生 |
瑞士羅氏 |
相關新聞Info
-
> 納米銅硅膠膜吸水性能分析實驗方法與結果
> 造成泡泡破裂的不是重力,而是表面張力
> 5μL樣品測表面張力?超微量天平如何破解納米材料研發(fā)困局
> 桐油基衍生物鈉鹽的表面張力、CMC值測定、乳液穩(wěn)定性、固化膜性能測試(三)
> 塑料產(chǎn)品聚合物表面張力的本質(zhì)與測量方法
> C72-MPB氟醚磷酸膽堿表面活性劑表面張力、泡沫/潤濕性能測定(二)
> 含氟杯芳烴雙咪唑季銨鹽化合物1形成的LB膜為H-聚集體
> 我國地表水優(yōu)良比例已接近發(fā)達國家水平
> 海洋環(huán)境表面活性物質(zhì)來源及對海洋飛沫氣溶膠數(shù)濃度、粒徑分布、理化性質(zhì)的影響(一)
> 怎么吹出更大的泡泡?你需要懂得表面張力等知識
推薦新聞Info
-
> 超低界面張力下重油-水兩相垂直流動型態(tài)實驗研究與圖版預測(四)
> 超低界面張力下重油-水兩相垂直流動型態(tài)實驗研究與圖版預測(三)
> 超低界面張力下重油-水兩相垂直流動型態(tài)實驗研究與圖版預測(二)
> 超低界面張力下重油-水兩相垂直流動型態(tài)實驗研究與圖版預測(一)
> 表面張力對機械結合面接觸載荷、真實接觸面積以及接觸剛度的影響規(guī)律(四)
> 表面張力對機械結合面接觸載荷、真實接觸面積以及接觸剛度的影響規(guī)律(三)
> 表面張力對機械結合面接觸載荷、真實接觸面積以及接觸剛度的影響規(guī)律(二)
> 表面張力對機械結合面接觸載荷、真實接觸面積以及接觸剛度的影響規(guī)律(一)
> 一種改進的CSF模型:用于SPH流體仿真的光滑表面張力模擬(二)
> 一種改進的CSF模型:用于SPH流體仿真的光滑表面張力模擬(一)
液滴爆炸現(xiàn)象:酒精蒸發(fā)引起的馬蘭戈尼流動現(xiàn)象影響參數(shù)(一)
來源:大學物理 瀏覽 1296 次 發(fā)布時間:2025-03-28
2021年全國大學生物理學術競賽中提出了這樣一個探究性問題:當一滴水混合物(例如水~乙醇)放置在疏水性液體(例如植物油)的表面時,所產(chǎn)生的液滴有時會碎成更小的液滴。研究影響碎裂和最終液滴大小的參數(shù)。這種通過添加可混合溶液來調(diào)節(jié)水的潤濕性的方法通常用于涉及界面的各種工業(yè)過程中。本文通過實驗研究了沉積在疏水性液體表面的水滴和揮發(fā)性酒精的物理演變過程。發(fā)現(xiàn)酒精蒸發(fā)引起的馬蘭戈尼流動在整個現(xiàn)象中起著關鍵作用,并從液滴擴散半徑、液滴爆炸持續(xù)時間兩個維度來衡量碎裂現(xiàn)象,理論分析找出影響該現(xiàn)象的相關參數(shù),實驗驗證相關參數(shù)影響碎裂和最終液滴大小的關系。其中流體力學、潤濕和蒸發(fā)的復雜耦合被很好地捕捉到。本文也得到了涉及其他液體組合的實驗的證實,這些液體組合也很好地滿足了上述現(xiàn)象及結論。
1預實驗
1.1實驗裝置
為了還原物理現(xiàn)象,初步探究液滴爆炸的原因,本文首先進行了預實驗。實驗中所用到的物品包括:醫(yī)用75%酒精和蒸餾水混合形成水混合物液滴,家用菜籽油用作油池,普通藍墨水染色。在室溫環(huán)境下進行實驗,預實驗中發(fā)現(xiàn)普通藍墨水染色現(xiàn)象不明顯,改進為采用甲基藍染色劑進行染色。正式實驗時準備了不同種類的水混合物(乙醇、二乙二醇丁醚),不同種類的疏水性物質(zhì)(硅油、花生油、蓖麻油),不同厚度的疏水性物質(zhì)(5 mm、10 mm),設置合適的濃度梯度,采用恒溫水浴鍋來測定溫度。在顯微鏡下觀察液滴的運動過程,精準測定液滴大小,利用注射器定量控制滴入液滴的體積,再利用黏度計測量黏性系數(shù),并對實驗誤差進行了修正。
1.2實驗現(xiàn)象
觀察實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)液滴爆炸分為三個階段。階段一:考慮到物質(zhì)的相關基團的化學性質(zhì),混合液滴受到張力梯度的驅(qū)動在油面上擴張。乙醇的蒸發(fā)改變了擴散邊緣附近的混合物的浸濕特性,結合油層的黏滯效應,擴張迅速地停止。階段二:緊接著由于乙醇蒸發(fā)的不均勻性,邊緣處的液滴呈現(xiàn)出局部聚集的態(tài)勢,產(chǎn)生類似于“液滴噴發(fā)”的現(xiàn)象。在該過程中液滴中部較厚的部分不斷向邊緣輸送液體,因此會穩(wěn)定地持續(xù)一段時間。階段三:隨著液滴爆炸進入尾聲,液滴的噴發(fā)的邊緣會快速地縮小。
2理論分析
2.1分子結構
液滴爆炸現(xiàn)象的第一個階段混合液滴在疏水性物質(zhì)上先擴散后停止,為解釋這一階段,先從分子結構入手。乙醇是一種弱極性分子,乙醇中的羥基親水,烴基親油。宏觀上乙醇在油表面的接觸角小于90°,因此乙醇可以在油表面擴散,也就是說當混合液體中酒精濃度超過某一閾值,液滴擴散。當酒精蒸發(fā)時,液滴外圍變得富含水,外圍局部酒精濃度小于閾值,擴散停止。
圖1實驗裝置實物圖
圖2分子結構
圖3受力分析
2.2表面張力
液滴爆炸現(xiàn)象的第二階段邊緣處的液滴產(chǎn)生液滴噴發(fā)現(xiàn)象,在該過程中液滴中部較厚的部分不斷向邊緣輸送液體,因此會穩(wěn)定持續(xù)一段時間。為解釋這一階段,先從表面張力入手,因為接觸角的不同,水對油的表面張力大于乙醇對油的表面張力,則混合液體對油層的界面張力介于水和乙醇之間?;旌弦旱沃幸掖嫉谋壤酱螅旌弦后w對油層的界面張力越小,受到向內(nèi)的張力減小,這樣整體向外的張力增大,這是產(chǎn)生向外推動的驅(qū)動力的重要原因??梢娊缑鎻埩χ苯記Q定了液滴在界面上的擴散和運動。





