Взаимодействие капель в электрическом поле

Скорость движения капельки воды в нефтяной среде, возникающая в результате взаимодействия постоянного электрического поля и двойного электрического слоя, окружающего каплю, определяется формулой Гюккеля - Смолуховского [121 [c.51]

Выше рассматривалось поведение одиночной капельки воды, взвешенной в нефтяной среде и находящейся под воздействием электрического поля. В водонефтяной эмульсии фактически имеется множество водяных капелек, которые, взаимодействуя с внешним электрическим полем, влияют одна на другую. Поле изменяет форму и взаимное расположение капель. В свою очередь водяные капли влияют на величину и распределение напряженности поля и значительно изменяют направление электрических силовых линий. Поэтому необходимо рассматривать поле в совокупности с содержащимися в нем каплями. [c.52]

Взаимодействие между каплями воды, диспергированными в нефти, можно усилить, увеличив напряженность электрического ноля. Это объясняется тем, что с увеличением напряженности поля растет поляризация капель и силы дипольного притяжения увеличиваются пропорционально квадрату напряженности электрического поля. [c.48]

Внешнее электрическое поле широко используется в процессах обезвоживания и обессоливания нефтей для интенсификации коалесценции отдельных капель. Рассмотрим на примере поведения пары капель механизм их взаимодействия. Будем считать, что капли не деформируются, что эквивалентно замене их двумя жесткими сферами. За счет растворенных минеральных солей капли можно считать проводниками в поле они поляризуются и начинают взаимодействовать друг с другом (рис. 1.4). Сила их взаимного притяжения пропорциональна диэлектрической проницаемости нефти г , квадрату напряженности электрического поля Е и существенно зависит от расстояния между каплями и их радиусов и Общее выражение для силы взаимного притяжения двух незаряженных частиц, действующей вдоль линии, соединяющей их центры, можно записать в виде [c.19]

Рис. 1.6. Изменение во времени напряженности поля (а) и силы взаимодействия между каплями (б) в переменном электрическом поле.

В процессе коалесценции в электрическом поле могут возникать ситуации, приводящие к появлению на каплях электрических зарядов. Силовое взаимодействие заряженных капель рассмотрено в Приложении, раздел 4. [c.21]

Пробивное напряжение для нефти также имеет предел. Все это может несколько видоизменить картину взаимодействия капель эмульсии в поле. Так, известно, что при сближении капель во внешнем электрическом поле среднее напряжение поля между их ближайшими точками возрастает (см. Приложение, раздел 4) и может превысить пробивное напряжение разделяющей капли пленки нефти. Это приводит к электрическому пробою между каплями, потенциалы на них выравниваются и силовое взаимодействие прекращается. В постоянном поле капли после пробоя начнут расходиться, а в переменном— удаляться и приближаться на расстояние, при котором происходит пробой. С прекращением силового взаимодействия между каплями ослабевает и процесс их коалесценции. [c.23]

Капли, попадая в электрическое поле, поляризуются, и их форма приближается к эллипсоидальной (рис. 1.1). Соударение и слияние капель происходит за счет кулоновского взаимодействия противоположных по знаку поляризационных зарядов частиц, оказавшихся вблизи друг от друга. Из электростатики известно, что заряд поляризации qn = Еа . Следовательно, сила взаимодействия, определяющая сближение и слияние капель [c.8]

При небольших расстояниях между каплями и достаточно больших размерах капель силы притяжения настолько велики, что капли сливаются почти мгновенно. По мере слияния капель и их осаждения расстояние между оставшимися в нефти каплями увеличивается и коалесценция замедляется. Усиление взаимодействия между каплями достигается увеличением напряженности электрического поля. Однако ее нельзя увеличивать чрезмерно, так как может наступить явление электрического диспергирования дипольные капли вытягиваются так сильно, что происходит их разрыв с образованием мельчайших капелек воды. Выше мы рассматривали воздействие на эмульсию постоянного электрического поля. При воздействии на нефтяную эмульсию электрического поля, создаваемого переменным по величине и направлению током, происходящие явления будут несколько отличаться от описанных выше форма капель воды будет непрерывно меняться, поверхность их претерпевает деформацию. Вследствие этих колебательных процессов увеличиваются число столкновений капель п скорость коалесценции в несколько раз по сравнению с воздействием постоянного электрического поля. [c.256]

В этом разделе обсудим в общих чертах поведение капель во внешнем электрическом поле в предположении малой объемной концентрации капель. Когда капли находятся относительно далеко друг от друга, влияние соседних капель мало и можно ограничиться рассмотрением одной капли в бесконечной жидкости. Уменьшение расстояния между каплями приводит к искажению внешнего электрического поля возле поверхностей капель, что оказывает существенное влияние на форму капель. Взаимодействие двух проводящих капель во внешнем электрическом поле будет рассмотрено в следующей главе. Здесь ограничимся рассмотрением поведения одиночной капли, а также обсудим вопрос об устойчивости капли в электрическом поле. [c.270]

Из приведенных в таблице значений %ст следует, что даже маленькие капли, находясь достаточно близко друг от друга, могут терять устойчивость в относительно небольших внешних электрических полях. Однако это происходит при столь малых зазорах между каплями, что силы молекулярного взаимодействия способствуют захвату и слиянию образующихся в результате дробления мелких капель. [c.274]

В зависимости от размеров частиц, разности плотностей фаз, величины напряженности внешнего электрического поля и зарядов капель область проявления сил взаимодействия между каплями может быть различной. Так, для коллоидных частиц (R < 1 мкм) основная роль в процессе их сближения принадлежит силам молекулярного и электростатического (за счет зарядов) взаимодействия. Для грубодисперсных систем (R> i мкм) необходимо учитывать все силы. [c.318]

В качестве приложения рассмотрим процесс седиментации бидисперсной эмульсии. Пусть в начальный момент имеется эмульсия, дисперсная фаза которой состоит из проводящих незаряженных капель двух сортов объемом V, и У2, причем Vi > V2, объемной концентрации С,о и С20. Эмульсия помещена в однородное электрическое поле напряженности Eq, параллельное направлению силы тяжести. При i>0 происходит осаждение капель. Предположим, что в процессе осаждения объем маленьких капель V2 и численная концентрация больщих капель и, постоянны. Физически это означает, что большие капли между собой не взаимодействуют, а укрупняются в процессе столкновения с малыми каплями объемом V2, которые между собой также не взаимодействуют. С учетом сделанных предположений получим следующие уравнения, описывающие изменение объема капель сорта 1 [c.336]

Определим сначала диффузионный поток /о(0) в единице телесного угла., предполагая, что сила взаимодействия капель является чисто радиальной. Затем проинтегрируем полученное выражение по поверхности сферы радиуса коагуляции Н = + N2, учитывая зависимость силы взаимодействия от угла ориентации пары относительно электрического поля 0. Определенный таким образом поток можно рассматривать как первое приближение в оценке суммарного диффузионного потока / капель радиусом Т 2 на каплю радиусом Е,. Проведя указанные действия, найдем [c.365]

Исследовалось также влияние электрических полей на соударение пар капель и на их коалесценцию. Найдено, что при определенной относительной скорости капель существует минимальная напряженность электрического поля, лри которой возможно ускорение процесса коалесценции. Как и следовало ожидать, среднее время коалесценции уменьшалось, когда приложенное напряжение увеличивалось сверх этой величины. Кроме того минимальное значение напряженности возрастает с увеличением относительной скорости капель. Эти эффекты могут быть объяснены увеличением скорости удаления жидкой пленки за счет электростатического взаимодействия и роста напряженности электрических полей между каплями вследствие индуцированных зарядов. [c.289]

В то время как теория равновесных электроповерхностных сил обсуждалась и подвергалась опытной проверке [130— 132], теория неравновесных электроповерхностных сил до сих пор менее развита, особенно в части расчета взаимодействия наведенных диполей. Вместе с тем роль этих сил в различных процессах, по-видимому, очень валика. Действительно, дефор.мация ДЭС может происходить также при действии различных внешних сил, вызывающих перемещение частиц относительно жидкой среды конвективных потоков жидкой среды, поля тяготения, поля центробежных сил, ультразвукового поля, механической вибрации, броуновского движения. Так, было обнаружено влияние возникающего электрического поля при седиментации мелких частиц на скорость седиментации 133]. Левич указывал, что вблизи движущейся капли может образоваться электрическое поле диффузионного происхождения [134]. Общая трактовка электрического поля движущихся пузырьков и капель была дана Дерягиным и Духиным [118]. [c.26]

На границе капли со шлаком имеется двойной электрический слой. Пусть заряды его расположены так, как показано на рис, 1. Внешнее электрическое поле увеличивает первоначальный положительный заряд капли у края, обращенного к катоду. При этом отрицательные заряды, расположенные в шлаке, смещаются так, что плотность их у этого края станет больше. Электрическое взаимодействие в двойном слое здесь усилится, а межфазное натяжение понизится. Градиент натяжения, возникающий вдоль поверхности капли, вызывает вихреобразные потоки жидкости (см, рис. 1), благодаря чему капля совершает реактивное движение к катоду. [c.242]

Если диспергирование жидкости происходит под действием сил электрического поля, то капли распадаются (дробятся) до тех пор, пока силы поверхностной анергии не уравновесятся силами электростатического взаимодействия образующихся частиц. При этом максимальный радиус капли /"макс может быть вычислен по следующему уравнению [c.193]

Объяснение опыта с кусочками бумаги состоит в том, что электрическое поле расчески поляризует кусочки бумаги, они становятся диполем и втягиваются в область более сильного поля, оставаясь при этом электрически нейтральным. Все это очень похоже на то, что происходит с каплей в электрическом поле. Так, может быть, и в наших опытах капля поляризуется, становится диполем (рис. 2.11) и притягивается к верхнему электроду, оставаясь незаряженной Автор сделал соответствующие расчеты силы притяжения (к сожалению, эта задача выходит за рамки школьного материала и здесь не излагается, но Вы можете попробовать ее решить) и нашел, что она более чем в 100 раз меньше силы тяжести капли. Таким образом, ответственным за взлет капли следует считать взаимодействие именно возникающего избыточного заряда на капле с внешним электрическим полем. [c.112]

Взаимодействие между каплями воды можно увеличить, если повысить напряженность поля Е, поскольку при этом растет поляризация капель и силы дипольного притяжения увеличиваются пропорционально Однако при чрезмерном повышении напряженности поля возможно электрическое диспергирование капель. По мере роста Е длина капли увеличивается и при до- [c.23]

В отсутствие капель между двумя плоскими электродами, погруженными в нефть и находящимися под напряжением, возникает однородное поле, силовые линии которого параллельны. При наличии воДяных капель однородность поля нарушается, так как на основное поле, создаваемое заряженными электродами, накладываются местные, неоднородные поля, образуемые поляризационными зарядами капель. Можно рассматривать воздействие результирующего поля на каждую каплю как сумму воздействия однородного внешнего поля и неоднородного, создаваемого смежной каплей. Неоднородное поле каждой капли аналогично полю диполя, напряженность которого убьшает с кубом расстояния от его центра. Однородное поле только растягивает каплю не двигая ее с места, а неоднородное поле, создаваемое втОрой каплей, втягивает первую в зону большей напряженности. Точно так же поле первой капли втягивает вторую. капли притягиваются. Если разноименные поляризационные заряды внутри капли под действием внешнего поля стремятся удалиться в противоположные стороны, то такие же заряды двух смежных капель стремятся приблизиться, что и обусловливает взаимное притяжеше поляризованных капель. Таким образом, две незаряженные капли в электрическом поле взаимодействуют как диполи. [c.52]

На рис. 14,6 пpивeдeнf>I кинокадры, отображающие изменение эмульсии под воздействием постояннйго электрического поля с характерным скоплением капель вблизи фигурного электрода. Эти кадры получены при подключении электрода к минусовому вьшоду вьшрямителя. Такие же изменения со скоплением капель около фигурного электрода происходят и при его подключении к плюсовому выводу. Перемещение капель в сторону фигурного электрода, наблюдаемое в обоих случаях, независимо от знака заряда электрода, связано с тем, что собственные заряды капель невелики, их взаимодействие с полем незначительно и на капли действуют в основном только силы, обусловленные неоднородностью электрического поля. Под влиянием этих сил капельки и втягиваются в зону большей непряженности поля. Под влиянием этих же сил капельки перемещаются в сторону большей напряженности поля и при применении переменного поля - рис. 14, д. [c.59]

Рассмотрим захват и отражение капель цилиндром (рис. 13.22). Сплошной линией показаны траектории подходя-1ЦИХ капель. Вдали от цилиндра капли движутся прямолинейно, поскольку на расстояниях 2> к электрическое поле и поток жидкости практически однородны. На расстояниях 2 < к появляется составляющая силы, параллельная плоскости электрода, поэтому на расстояниях г<к/2 от сетки траектории заметно отклоняются от прямых. При г<Ес/Ке капли попадают в область возмущения, вносимого сеткой, и скорость жидкости снижается от скорости невозмущенного потока до нуля на поверхности сетки. На границе области возмущения линии тока искривляются, но абсолютная величина скорости еще близка к поэтому происходит изменение направления движения капли, и она несколько смещается вниз по потоку, приближаясь к цилиндру. Однако вблизи цилиндра скорость падает, и капля под действием электрической силы осаждается на цилиндре. Пунктирной линией показаны траектории движения отраженных капель. Существует критический угол такой, что для любого е>0 после перезарядки в точке 0 + е) капля остается в зоне фильтрования и уходит вверх против потока, а после перезарядки в точке (Кс, 9сг е) -- покидает зону и уходит вниз по потоку. Для траекторий отраженных капель при 0 > 0 наблюдается значительное искривление траекторий. Таким образом, возле сетчатого электрода возникают два встречных потока разноименно заряженных капель повышенной объемной концентрации. Эти капли могут интенсивно взаимодействовать друг с другом, что приводит к увеличению частоты столкновения и укрупнению капель. Учет этого эффекта довольно сложен и требует решения кинетического уравнения для распределения капель не только по размерам, но и по зарядам. Если этим эффектом пренебречь, то получаемый коэффициент уноса (идеальный коэффициент) будет несколько завышен. [c.346]

Определим теперь частоту столкновения проводящих незаряженных сферических капель в турбулентном потоке диэлектрической жидкости в присутствии однородного внещнего электрического поля. Считаем, как и раньше, поток развитым турбулентным, а размеры капель — меньше внутреннего масштаба турбулентности. Принимаем, что капли не деформируются, что возможно, если напряженность внешнего электрического поля Ед не превосходит критического значения а размер капель достачно мал. При этих условиях коэффициент взаимной диффузии капель двух сортов 1 и 2 с учетом гидродинамического взаимодействия возьмем в виде (13.86), причем в качестве Н и берем выражения, соответствующие каплям с полностью заторможенной поверхностью [c.364]

В обзоре С. oy кратко изложены основы электрогидродинамики многофазных сред. Рассмотрен вопрос об образовании объемного заряда при движении многофазной среды, содержащей твердые частицы или капли описывается поведение таких сред в электрическом поле, взаимодействие заряженных частиц с несущей средой. Рассматриваются важные случаи движения заряженных суспензий в каналах электрофильтров и других электрогидродина-мических устройств, обсуждается электрогидродинамика движущихся облаков, содержащих заряженные частицы. Приводится подробная библиография работ по электрогидродинамике. [c.9]

Появление максимумов, как показали специальные исследования,— следствие перемешивания раствора за счет движения поверхности ртутной капли. Последнее вызвано прежде всего самим процессом вытекания ртути из капилляра. Взаимодействие заряженной поверхности ртутной капли с электрическим полем также вызывает дополнительное движение поверхности ртути. Кроме того, распределение тока, а следовательно, и потенциала на поверхности ртутной капли происходит не вполне-равномерно, что приводит к различным значениям погранич- [c.99]

Исследованию поведения эмульсий во внешнем электрическом поле посвящено много работ, что в значительной степени обусловлено важным практическим значением вопросов обезвоживания нефтяных эмульсий и очистки воды, содержащей примеси минеральных масел [314, 315, 333—336]. Поведение жидких капель в электрическом поле довольно сложно деформированные внешним полем капли при одних режимах воздействия могут диспергироваться, при других — коалесцировать. Строгое количественное описание взаимодействия таких капель представляет собой очень сложную задачу, особенно в том случае, когда эмульсии стабилизованы ПАВ. Необходимо отметить, что в большинстве работ, в которых рассмотрено взаимодействие микрообъектов в электрическом поле, не учитывались эффекты деформации и поляризации ДЭС. К сожалению, метод количественного описания притяжения дипольных частиц без учета параметров ДЭС, развитый Красин — Эргеном [337], нередко используется и в настоящее время. Мут [338] еще в 1927 г. объяснял образование цепочек из дисперсных частиц, находящихся в электрическом поле, поляризацией (сдвигом зарядов) частиц и их ионных слоев. Аналогично Германе [126], как было отмечено ранее, указывал на важную роль деформации ДЭС в процессах коагуляции. В дальнейшем Штауф [127] разработал приближенный метод расчета энергии притяжения наведенных диполей, учитывающий поляризацию ионных слоев, и определил зависимость величины энергии притяжения от напряженности и частоты внешнего поля, а также от размера частиц. В работе [128] исследовано влияние переменных и постоянных электрических полей на взаимодействие частиц латекса политрифторхлорэтилена и сополимера стирола с ни-трилакриловой кислотой, диспергированных в алифатических [c.69]

Вышеизложенная теория была развита на основе предположе ния о квазистационарном состоянии однако более строгий подход заключающийся в решении уравнения диффузии с зависящими от времени граничными условиями, приводит к тем же окончатечьным уравнениям Выражения, аналогичные уравнению (3 31), полу чаются и из других теоретических соображений, например при подходе к испарению капельки со стохастической точки зрения Мончик и Райс получили формулу для скорости испарения, ис пользуя функцию немаксвелловского распределения скоростей При дальнейшем развитии теории Фукса следует учитывать 1) разность между концентрацией пара Со у поверхности капли и величиной Ссс, соответствующей плоской поверхности 2) увели чение плотности электрического заряда капли в процессе испаре ния и 3) ван дер ваальсово взаимодействие между диффундирую щими молекулами и молекулами жидкой капли Можно показать однако, что рассматриваемые поправки для капелек радиусом более 0 01 мк в большинстве случаев незначительны впрочем как мы увидим ниже, первая из них имеет большое значение атя современной теории роста капелек в облаках [c.101]

Таким образом, для образования униполярно заряженных аэрозолей при технических процессах используют две различные схемы. При первой из них распыление жидкости производится одним из рассмотренных выше механических способов (при истечении жидкости из отверстий под давлением, или в потоке воздуха, или при помощи вращающегося распылителя). После распыления жидкости (или порошка) заряд сообщается частицам посредством прохождения их через направленный поток ионов (в поле коронного разряда). При второй схеме само распыление производится с использованием не механических, а электрических сил (контактная зарядка, при которой жидкость контактирует с острой кромкой распылителя, находящейся под высоким напряжением на острой кромке происходит не только зарядка жидкости, но и дробление ее под действием электрических сил). Возможен и промежуточный способ, при котором электрические заряды наводятся на поверхность жидкой пленки перед ее распылением (индукционный способ) при этом электризация производится во время распыления, как и при контактном способе, но ее влияние на процесс распыления мало, и капли образуются главным образом в результате взаимодействия аэродинамических сил, сил поверхностного натяжения и вязкости, а электрические силы играют при этом второстепенную роль. [c.41]