Влияние взаимодействий жидкости с твердым телом

из "Физико-химические основы смачивания и растекания"

Вязкий режим представляет вторую форму гидродинамического режима растекания, которая сменяет инерционный режим. Основная сила сопротивления при растекании в этом режиме — сила вязкого (внутреннего) трения в объеме жидкости. [c.128]
Растекание в вязком режиме может происходить как при ограниченном, так и при полном смачивании. При растекании маловязких жидкостей закономерности вязкого режима проявляются наиболее отчетливо при полном смачивании, когда капля растекается по твердой поверхности в виде тонкой пленки и смоченная площадь значительно превышает начальную поверхность капли. [c.128]
Полное смачивание наблюдается во многих системах при контакте жидких металлов с твердыми металлами [218—222], графитом [136, 202, 213, 223] и тугоплавкими окислами [195, 196], жидких шлаков с неметаллическими материалами [192, 214], оксидных расплавов с формовочньЫи материалами [224], органических кислот с полупроводниками [225], воды с золотом (при тщательной очистке от гидрофобизующих загрязнений) [226, 227], жидкого водорода с нержавеющей сталью, титаном, тефлоном [228], полярных жидкостей с платиной [229], жидкого золота с переходными металлами в глубоком вакууме - 10 Н/м [230], различных смазочных масел с полимерами, металлами, корундом [231, 232], предельных и ароматических углеводородов с нержавеющей сталью [185] и т. д. [c.128]
Закономерности растекания при полном смачивании выявляются весьма отчетливо при контакте ртути с цинком, свинцом, оловом и некоторыми другими металлами, с поверхности которых соответствующим реактивом удалена окисная пленка [203, 220, 230—238]. Удобным методом удаления окисной пленки является также катодная поляризация твердого металла [178, 239, 240]. [c.128]
Шероховатая поверхность представляет совокупность микрогребешков и микровпадин [75, 77], поэтому жидкость может растекаться вдоль канавок с углом при вершине ф 180 — 20о [21, 220], что наблюдалось, например, при контакте ртути с цинком [22()] и свинцом [237], некоторых органических жидкостей с нержавеющей сталью [185], силиконового масла с алюминием [243]. [c.129]
Пунктиром отмечены границы стадий растекания. [c.129]
Теоретическое описание вязкого режима растекания в условиях полного смачивания основано на анализе общей системы гидродинамических уравнений движения жидкости по горизонтальной твердой поверхности. Вначале рассмотрим не двухмерное растекание капли (растекание по кругу), а одномерное растекание— по узкой прямолинейной полосе с постоянной шириной а (рис. IV. 7). Для экспериментального изучения одномерного (линейного) растекания вся поверхность твердого тела за исключением самой полосы покрывается пленкой, которая препятствует смачиванию данной жидкостью [203, 233]. [c.130]
Система уравнений (IV. 11) справедлива, если слой жидкости достаточно тонок, т. е. его толщина б / I — расстояние от центра до границы жидкой фазы) при полном смачивании это условие заведомо выполняется. Первое уравнение в системе (IV. И) является следствием закона сохранения энергии, третье уравнение следует из условия непрерывности потока. [c.130]
Избыточное внешнее давление в системе отсутствует, а капиллярное давление мало, так как поверхность жидкости имеет весьма малую кривизну. Поэтому можно пренебречь слагаемым, которое учитывает градиент давления др1дх. [c.131]
Граничные условия на свободной поверхности жидкости (при у — 8) ди1ду = 0, а на границе жидкость — твердое тело (при у — 0) скорость перемещения и = 0. [c.131]
Весьма важное допущение, которое принимается в дальнейших расчетах, заключается в том, что все физико-химические параметры, входящие в уравнение (IV. 12) (вязкость и плотность жидкости, движущая сила растекания), а также масса жидкости не изменяются во время растекания. Во многих случаях это допущение не выполняется из-за взаимодействия между твердой и жидкой фазами. Закономерности растекания с учетом осложняющего влияния этих процессов рассматриваются в IV. 4. [c.131]
Индекс 1 характеризует одномерный (линейный) случай растекания для двухмерного (кругового) случая ниже используется индекс 2 . [c.131]
Таким образом, уравнение (IV. 17) удовлетворительно описывает кинетику вязкого режима растекания при полном смачивании. Оно объясняет также, почему температура мало влияет на скорость растекания энергия активации вязкого течения ртути невелика (около 2,5 кДж/моль [248]), поэтому вязкость ртути мало изменяется при повышении Или понижении температуры. Остальные параметры, входящие в (IV. 17), зависят от температуры еще слабее. [c.133]
Константы к, п я т опре/ еляются экспериментально. [c.134]
Для практического применения уравнений (IV. 19) и (IV. 20) разработан метод непрерывного измерения силы / = ажДсоз0д, которая действует на вертикально подвешенную пластину со стороны жидкости (L — периметр пластины). Эта сила изменяется по закону / = ажг -соз9о[1 — ехр(—й )], где —время, й —параметр, имеющий смысл константы скорости смачивания. Экспериментально найдено, что при смачивании пластины водой, ацетоном, органическими спиртами и кислотами /С = 2,3-10 , п = 0,3, т = 4,7 [249]. [c.134]
Одновременно с растеканием могут идти и другие физико-химические процессы — испарение жидкости, адсорбция молекул жидкости на твердой поверхности за пределами смоченной области, растворение твердого тела в жидкости, проникновение жидкости в объем твердого тела по различным микроскопическим дефектам, а также за счет диффузии в решетку, химические реакции между фазами и т. д. Эти процессы могут сильно изменять параметры, от которых зависит скорость растекания поверхностные натяжения на границе жидкости с твердым телом и с окружающей средой, вязкость и объем жидкости. [c.134]
Диффузия жидкости в твердое тело приводит также к постепенному уменьшению массы жидкости т на твердой поверхности. Скорость растекания в вязком режиме тем больше, чем больше масса жидкого слоя (см. IV. 3), поэтому диффузия в твердое тело способствует замедлению и полной остановке растекания. Влияние диффузии проявляется особенно резко на заключительной стадии растекания (см. IV. 3). Чтобы найти зависимость смоченной площади от времени, необходимо знать массу жидкости на твердой поверхности m t) в каждый момент времени. Для этого рассчитывают количество жидкости тд(0, которое продиффунди-ровало в твердое тело за время t после начала растекания. Приближенно такую оценку можно сделать следующим образом [236]. [c.135]
Безразмерный множитель Ч определяется кинетическим законом основной стадии растекания в вязком режиме. При г со f Ч = = л/4 [236]. [c.135]
Диффузия жидкости в материал подложки вызывает постепенное уменьшение массы жидкого слоя на твердой поверхности. Поэтому от интенсивности процесса диффузии зависит конечный радиус / площади, которую может смочить капля с исходной массой т (рис. IV. 8). [c.136]
Уравнения (IV. 23) и (IV. 24) удовлетворительно согласуются с экспериментальными зависимостями при растекании ртути по цинку и свинцу при комнатной температуре [220, 236]. При растекании по цинку экспериментальное значение показателя степени при массе ртутной капли равно 0,40, а при растекании по свинцу— 0,33 теоретическое значение показателя степени в соответствии с уравнением (IV. 23) равно Нерасчетные значения коэффициентов пропорциональности В1 и Вг для системы ртуть — цинк и В2 для системы ртуть — свинец также удовлетворительно согласуются с экспериментальными значениями [220, 221, 236]. [c.137]

Вернуться к основной статье

Справочник химика 21

Химия и химическая технология