Поверхностные силы

Долю коэффициента сопротивления, обусловленную давлением, называют коэффициентом лобового сопротивления (или сопротивлением формы). Величину вклада в коэффициент сопротивления тангенциальной составляющей поверхностной силы принято считать коэффициентом трения. [c.8]

Уравнения (2.3) и (2.4) являются незамкнутыми. Помимо неизвестных функций р,- и щ они содержат члены Зц, 1,1 и которые не выражены через указанные функции. Поток массы характеризующий кинетику фазового пере сода, может быть определен только при совместном решении уравнений гидродинамики и уравнений тепло- и массообмена, рассмотрение которых не входит в задачу данной главы. Напротив, тензор поверхностных сил в фазах 2,- и сила межфазного взаимодействия являются чисто гидродинамическими параметрами. Их определение означает, по существу, формулировку реологических уравнений состояния для исследуемой смеси и представляет собой основную и наиболее сложную проблему при моделировании двухфазных течений. [c.60]

С поверхностными силами на границе раздела твердой и жидкой фаз связаны явления смачивания [c.92]

Физическая модель движения жидкости. Рассмотрим равновесие движущейся жидкости, непрерывно распределенной в пространстве (сплошная среда). Движение жидкости происходит под действием массовых (объемных) и поверхностных сил. Прн выводе уравнений за основу возьмем второй закон Ньютона, согласно которому сумма векторов всех сил (силы тяжести, силы от гидростатического давления, а для реальных жидкостей — силы трения), действующих на выделенный элемент жидкости, равна произведению его массы на ускорение. [c.276]

В разделах 1 и 6 этой главы рассматривается, как влияют изменения структуры воды на ее течение в тонких порах и пленках. Действие поверхностных сил, характеризуемых расклинивающим давлением тонких прослоек, определяет равно- [c.6]

Исследования состояния влаги в пористых телах давно уже привели к выводу об особом характере ее свойств вблизи поверхности частиц и о существовании так называемой связанной воды в дисперсных системах [1]. Отличия связанной воды от свободной объясняются перестройкой сетки межмолекулярных водородных связей в ее структуре под влиянием поля поверхностных сил. Моделирование структуры воды численными методами Монте-Карло и молекулярной динамики позволило получить некоторые количественные характеристики структурных изменений вблизи твердых поверхностей различной природы. При этом межмолекулярная водородная связь описывается различными потенциалами, правильность выбора которых проверяется путем сравнения рассчитанных и экспериментальных физических констант объемной воды. Поскольку численным методам посвящен ряд специальных статей этой монографии, остановимся только на основных результатах, важных для дальнейшего обсуждения. [c.7]

Типичные изотермы смачивающих пленок боды изображены на рис. 1.6, где по оси абсцисс отложено расклинивающее давление пленки П, а по оси ординат — ее толщина /г. Кривая 1 относится к пленке воды на гидрофильной, полностью смачиваемой поверхности, а кривая 3 отвечает неполному смачиванию, когда объемная жидкость образует с пленкой конечный краевой угол. Кривая 2, в зависимости от площади под изотермой в области П<0, характеризует либо полное, либо неполное смачивание. Вид изотермы П(/1) определяется вкладом различных составляющих поверхностных сил молекулярных, [c.16]

Равновесие менисков в пористом теле описывается обычно уравнением Кельвина, связывающим радиус кривизны менисков с давлением пара над их поверхностью. При этом не учитывается, однако, поле поверхностных сил, приводящее к изменению формы мениска, что меняет и его капиллярное давление. Точная запись условий равновесия менисков с пленками для пор в виде плоской щели имеет вид [48] [c.18]

В котором остается только изотерма расклинивающего давления смачивающих пленок П(/0. Второй член в числителе учитывает существование переходной зоны 3 (рис. 1.7) между мениском и пленкой, в пределах которой действуют как капиллярные (вследствие кривизны поверхности переходной зоны), так и поверхностные силы (локальное расклинивающее давление). Наличие переходной зоны уменьшает радиус кривизны мениска г, делая его меньшим, чем (Я—2/г)/2. Так, для изотерм типа П = Л/Л, радиус кривизны мениска уменьшается до г=(Я-3/г)/2. [c.19]

Изотермический перенос влаги в капиллярно-пористых системах в общем случае представляет собой течение дисперсионной среды в виде капиллярной или пленочной влаги в промежутках и по поверхности частиц материала под действием градиента потенциала влаги. Диффузионная подвижность поровых растворов в пределах зоны действия поверхностных сил значительно меньше, чем в объеме. Снижение содержания связанной влаги в [c.74]

Толщина незамерзающих прослоек к зависит от температуры, внешнего давления р и расклинивающего давления П. В работах [32, 318] определен качественный ход изотермы к(р), исходя из зависимости температуры фазового равновесия от давления на закрытую грань кристалла [319], и ход изотермы /г(П)—на основе теории поверхностных сил [42]. Равновесная толщина незамерзающей прослойки определяется точкой пересечения изотерм Н(р — ро) и /г(П), когда (р — ро) = = П. При каждой заданной температуре Т = Т и давлении ро устанавливается единственно возможная толщина равновесной прослойки и отвечающее ей значение гидростатического давления р = 11 + ро. При невыполнении одного из этих условий равновесное состояние нарушается и ледяная пластина будет либо расти, либо таять. [c.107]

Результаты этих расчетов представлены на рис. 6.10 (кривая /). Максимальные значения к близки по порядку величины к толщинам адсорбционных а-пленок воды на поверхности кварца при комнатной температуре [42]. При понижении температуры толщина пленок уменьшается, составляя л 1,5нм при —6°С. Вид температурной зависимости к(1) хорошо согласуется с полученной ранее в работе [315] температурной зависимостью толщины незамерзающих прослоек воды между поверхностью льда и частицами аэросила (кривая 2). Количественное сопоставление кривых / и 2 не имеет смысла, поскольку они относятся к различным системам в первом случае — к незамерзающим адсорбционным пленкам, граничащим с газом, и во втором — к незамерзающим прослойкам между льдом и твердой поверхностью частиц. Еще более высокие значения/г были получены для пленок воды на поверхности льда [308]. Их толщина составляет около 5,0 нм при —6°С, возрастая до 10,0 нм при повышении температуры до —1 °С. Таким образом, толщина незамерзающих слоев воды существенным образом зависит от того, в контакте с какими фазами они находятся, т. е. от природы поверхностных сил, энергии связи и способа ориентации молекул воды вблизи различных поверхностей. [c.115]

Вклад (7.13) может проявляться и в простых жидкостях, и в такой сложной ассоциированной жидкости, как вода. Эффекты структурных сил подтверждаются экспериментальными данными [347, 348]. Формула (7.13) является асимптотической. Результаты более полного исследования природы поверхностных сил, проявляющихся при изменении пространственной микроструктуры жидкости под влиянием поверхности, приведены в работах [341, 349, 350]. [c.128]

То, что система нитей при плотности числа частиц больше критического значения приближается по своим свойствам к идеальному газу, позволяет ожидать, что при ограничении движения центров масс частиц в этих условиях основной вклад в поверхностные силы будут давать ориентационные эффекты. Ниже приведены результаты расчета для модели прослойки, в которой движение центров масс нитей ограничивалось параллельными линиями на расстоянии Н друг от друга независимо от их ориентации. Расчеты проведены для ограниченных систем нитей при ехр [ц /С Г)] = 10. Ориентационная упорядоченность системы характеризуется величиной <5 >, которая отражает также характер флуктуаций параметра порядка. [c.131]

Явление смачивания, приводящее к формированию краевого угла между жидкостью и твердой подложкой, лежит в основе механизмов, определяющих равновесие и кинетику влаги в пористых телах. Величина равновесного краевого угла 0о определяется полем поверхностных сил и энергией взаимодействия жидкости с твердой подложкой. Слабое взаимодействие ведет к несмачиванию, сильное —приводит к растеканию жидкости по поверхности, ее полному смачиванию. [c.210]

Развитие теории поверхностных сил [42] сделало возможным количественные оценки смачивания в зависимости от свойств твердой подложки и взаимодействующей с нею жид- [c.210]

Рассмотрение теории смачивания начнем с определения понятия краевого угла 0о. В состоянии равновесия краевой угол определяется в точке пересечения с подложкой продолжения невозмущенного поверхностными силами профиля капли или мениска (рис. 13.1, кривая 1). [c.211]

Протяженность переходной зоны определяется радиусом действия поверхностных сил, обычно порядка 10 —Ю " см. За пределами зоны влияния поверхностных сил П(/г)=0, и тогда из уравнения (13.1) получаем уравнение Лапласа для невозмущенного мениска [c.212]

С ростом радиуса действия поверхностных сил или уменьшением 0 при прочих равных условиях увеличиваются равновесные значения краевого угла, что связано с увеличением площади изотермы (13.6) в области отрицательных значений расклинивающего давления. [c.214]

Как было показано в работах [557, 569], линейное натяжение зависит от радиуса кривизны г, что объясняется зависимостью формы профиля переходной зоны от г. Однако если влияние кривизны на поверхностное натяжение проявляется при радиусе кривизны поверхности порядка межмолекулярных расстояний, то в случае линейного натяжения влияние кривизны периметра смачивания проявляется при много больших г — порядка радиуса действия поверхностных сил. [c.224]

По фотограмме был рассчитан профиль мениска и переходной зоны (кривая 1 на рис. 13.10). Кривая 2 дает профиль невозмущенного поверхностными силами мениска, построенный по уравнению (13.20). Минимум на этой кривой определяет толщину слоя /г. Затем можно было попытаться построить также и теоретический профиль переходной зоны. Однако теория развита пока только для мениска и переходной зоны в плоском капилляре, причем аналитическое решение получено для изотерм вида T[ = A h [554]. Соответствующее уравнение для профиля переходной зоны к х) имеет вид [c.227]

Пористые мембраны представляют гетерогенные системы с весьма развитой поверхностью раздела твердое тело (матрица)— газ. Известно, что состояние газа или жидкости вблизи поверхности раздела фаз отличается от свойств той же среды в большом объеме. Особенности поведения веществ в этой области принято называть поверхностными явлениями. Термодинамически поверхностные явления трактуются как проявление особого вида взаимодействия системы, которое характеризуется уменьшением свободной энергии Гиббса при переходе вещества из объемной в поверхностную фазу. Убыль свободной энергии Гиббса пропорциональна площади поверхности и количественно определяется работой, которую необходимо затратить на образование поверхности или перемещения массы из объема в поверхностный слой в изотермическом процессе. Следовательно, речь идет о существовании потенциала поверхностных сил. [c.42]

Как известно [171—173, 216—227], в зоне контакта двух фаз, например жидкости и твердого тела, действуют поверхностные силы, такие, как силы прилипания, поверхностного натяжения, молекулярного притяжения. Поэтому граничный слой жидкости, связанный с материалом мембраны, по структуре и, следовательно, по физико-химическим свойствам, может значительно отличаться от подобных характеристик жидкости в объеме. Так, граничные слои полярных жидкостей вблизи гидрофильных поверхностей (на расстоянии 10- —10- мкм) обладают [c.200]

При феноменологическом подходе для того, чтобы конкретизировать структуру членов 2,- и делают следующее предположение поверхностные силы, действующие со стороны окружающей среды на выделенный объем дисперсной смеси, воспринимаются только сплоишой [c.60]

Рис. 114. Поверхностные силы в Рассмотрим трехфазную систе-трехфазной системе газ — жидкость му газ (G)—ЖИДКОСТЬ (L)—твер-

Рис. 115. Поверхностные силы в трехфазной системе газ — жидкость — твердое тело.

Существенной составной частью норовых растворов торфяных систем являются органические водорастворимые соединения, представляющие собой вещества, главным образом, углеводной и гуминовой природы. При влагообмене в торфе органические соединения мигрируют только по направлению ДПВ и ПРД и не переносятся термопотоком связанной влаги [239] . Это свидетельствует о том, что водорастворимые органические соединения торфа локализуются в дисперсионной среде, не связанной поверхностными силами. [c.79]

Незамерзание пленок объясняется влиянием поля поверхностных сил, изменяющего структуру граничных слоев воды, как показано в разделе 1 этой главы. В отличие от пленок незамерзающие прослойки представляют собой граничную фазу льда, структура которого настолько изменена под действием соседней поверхности, что осуществляется переход из кристаллического состояния в аморфное жидкое. Отличительной чертой является при этом наличие фазовой поверхности раздела между льдом и жидкой незамерзающей прослойкой, что позволяет говорить об ее определенной толщине (/г), являющейся функцией. температуры и давления. [c.102]

Известно, что характер протекания ряда важных физических и химических процессов на границе раздела фаз в жидкостях отличается от наблюдаемого в объеме, вне действия поверхностных сил. Эти отличия, как показывают экспериментальные исследования [42], в значительной степени обусловлены изменением структурных характеристик жидкостей в приповерхностной области. Вместе с тем однозначная интерпретация экспериментальных данных о свойствах жидкостей вблизи границы часто осложняется влиянием неконтролируемых факторов. Для разре-щения ряда проблем физики поверхностных процессов необходимо развитие микроскопической теории приповерхностных слоев жидкости. [c.117]

Мениск смачивающей жидкости контактирует при этом со смачивающей пленкой, равновесная толщина которой Ло определяется уравнением изотермы П(/г). Значение ко отвечает расклинивающему давлению, равному капиллярному давлению равновесного мениска По =. Ра . Между объемной частью мениска с постоянной (в пренебрежении силой тяжести) кривизной поверхности Ко = Рк1а (где о —поверхностное натяжение) и плоской смачивающей пленкой образуется переходная зона 2 (см. рис. 13.1), где действуют одновременно капиллярные силы, вызванные кривизной поверхности слоя жидкости, и поверхностные силы, связанные с дальнодействующпм полем подложки. В состоянии равновесия из условия постоянства давления во всех частях системы получим [c.211]

Изложенный способ определения краевого угла неприменим Б двух случаях. Значения 6о нельзя определить в узких щелях, где поля поверхностных сил перекрываются и облдсть постоянной кривизны мениска отсутствует. Расчеты равновесия капиллярной жидкости и пленок требуют здесь применения другого подхода [555]. В особом рассмотрении нуждаются и такие случаи полного смачивания, когда продолжение мениска не пересекает подложку (рис. 13.1, кривая 3) и краевой угол не образуется. [c.212]

Аналогичный вид имеет уравнение (13.3) и для цилиндрических капель на плоской подложке [556]. Это не удивительно, поскольку при Я>Ао (Я, в данном случае, — высота капли) условия равновесия не должны зависеть от знака кривизны поверхности за пределами области влияния поверхностных сил. Отличие состоит лищь в том, что значения По при этом отрицательны, так как капиллярное давление капли, имеющей выпуклую поверхность, имеет другой знак По = Р = — о/г, где г — радиус кривизны невозмущенной части капли. Уравнение (13.3) применимо и при Р =0, когда поверхность объемной жидкости плоская и слой имеет форму клина. В этом случае исчезает второй член в правой части уравнения, так как По = Р = 0. [c.213]

Основная трудность расчета значений краевого угла Во по уравнениям (13.2) и (13.3) состоит в том, что при 0о>О изотермы расклинивающего давления П(/г) или изотерма адсорбции Г pips) частично располагаются в области пересыщения (П<0, p/ps> ). Значения os0о пропорциональны при этом разности площадей аи Ь графика изотермы (см. рис. 13.3). Так как экспериментально находить изотермы в области пересыщения трудно, эти участки изотерм можно найти только расчетным путем на основании теории поверхностных сил. Такая расчет- [c.218]

Обсуждаются процессы массопереноса в пористых телах различной структуры и в модельных системах (пленках и капиллярах) на основе теории поверхностных сил. Особоег внимание обращается на физико-химический механизм процессов массопереноса. Пористые тела рассматриваются как гетерогенные дисперсные системы, между частицами которых действуют молекулярные, электростатические, структурные и стерические силы. Систематизированы и обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных как в нашей стране, так и за рубежом. [c.288]

В зависимости от размера пор, все пористые среды принято делить на три класса микро- и макропористые тела и структуры с переходными порами. Предельный радиус мнкропор не превышает 15 Л, т. е. молекулярных размеров, поэтому практически все пространство микропор находится в поле действия поверхностных сил. Адсорбционный потенциал в микропористых телах заметно выше, чем в других пористых системах. Характерный размер макропор условно принимают более 2000 А удельная поверхность тел с подобной структурой сравнительно невелика, так что влияние адсорбционных сил на процессы, протекающие в этих средах, незначительно. Более того, при стандартных условиях ( =25°С, Р = 760 мм рт. ст.) для большинства газов в каналах макропористых тел обычно реализуется континуальное течение, исключающее процесс разделения смеси. Поэтому макропористые тела используют в мембранной технологии в качестве дренажной системы (пористой подложки). [c.39]

Для мембранного разделения газов обычно применяют матрицы с переходными порами, эффективные радиусы которых колеблются от 15 до 2000 А. В области действия поверхностных сил находится лишь часть норового пространства, размеры которого в целом на несколько порядков больше газокинетическо-го радиуса молекул в этом случае применимы обычные термодинамические представления о фазах и поверхностях раздела между ними. Можно ожидать, что на процессы течения газовой [c.39]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология