Особенности вскипания и дробления капель эмульсии
Рассматриваются процессы закипания дисперсной фазы эмульсии с учетом формирования парового слоя на границе раздела фаз. Показана возможность взаимного дробления закипающих капель с учетом сил, действующих на их поверхностях, а также особенности сил, которые действуют от нескольких соседних капель од...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61340 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Особенности вскипания и дробления капель эмульсии / А.М. Павленко, Р.А. Климов, Б.И. Басок // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 144-147. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859796933851217920 |
|---|---|
| author | Павленко, А.М. Климов, Р.А. Басок, Б.И. |
| author_facet | Павленко, А.М. Климов, Р.А. Басок, Б.И. |
| citation_txt | Особенности вскипания и дробления капель эмульсии / А.М. Павленко, Р.А. Климов, Б.И. Басок // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 144-147. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Рассматриваются процессы закипания дисперсной фазы эмульсии с учетом формирования парового слоя на границе раздела фаз. Показана возможность взаимного дробления закипающих капель с учетом сил, действующих на их поверхностях, а также особенности сил, которые действуют от нескольких соседних капель одновременно.
Розглядаються процеси закипання дисперсної фази емульсії з урахуванням формування парового шару на межі розділу фаз. Показана можливість взаємного подрібнення закипаючих крапель з урахуванням сил, діючих на їх поверхнях, а також особливості сил, які діють від декількох сусідніх крапель одночасно.
The processes of effervescence of dispersion phase of emulsion taking into account forming of steam layer on the border of section of phases are examined. Possibility of the mutual crushing of drops beginning to boil taking into account forces, operating on their surfaces, and also feature, in consideration of forces which operate from a few neighboring drops simultaneously is shown.
|
| first_indexed | 2025-12-02T14:07:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
В промышленности широкое применение на;
ходят смазочно;охлаждающие жидкости (СОЖ),
которые в наибольшей степени определяют сни;
жение изнашивания режущего инструмента и
улучшение качества обрабатываемых поверхнос;
тей как в технологии металлообработки, так и
других производств [1]. СОЖ должны обладать
хорошей смачиваемостью поверхности, этого до;
стигают введением соответствующих ПАВ, кото;
рые также повышают и охлаждающую способ;
ность среды. Явления десорбции ПАВ и
укрупнения частиц дисперсной фазы СОЖ, ко;
торая представляет собой эмульсию, определяют
устойчивость эмульсии к расслоению и дальней;
шему ее использованию. После рабочей зоны в
эмульсии происходит укрупнение частиц дис;
персной фазы, а также возможно обращение
компонентов эмульсии.
Для снижения затрат экономически целесооб;
разным является повторное использование отра;
ботанных СОЖ, но для этого их состав необходи;
мо привести к нормативному (очистить от
механических примесей), а также получить наи;
более устойчивую к расслоению структуру, т.е.
наименьший размер дисперсной фазы. С этой
целью важным есть рассмотрение процессов,
происходящих с эмульсией при эмульгировании
и гомогенизации.
В литературных источниках практически от;
сутствуют работы, в которых при решении ука;
занной задачи учтены процессы снижения по;
верхностного натяжения при наличии ПАВ.
Особенностью физических свойств эмульсий ти;
па вода;масло;пар (воздух) является наличие ад;
сорбционных слоев ПАВ, вследствие чего по;
верхностное натяжение на границе раздела фаз
144 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Розглядаються процеси закипання
дисперсної фази емульсії з урахуванням
формування парового шару на межі
розділу фаз. Показана можливість
взаємного подрібнення закипаючих кра)
пель з урахуванням сил, діючих на їх по)
верхнях, а також особливості сил, які
діють від декількох сусідніх крапель од)
ночасно.
Рассматриваются процессы закипа)
ния дисперсной фазы эмульсии с уче)
том формирования парового слоя на
границе раздела фаз. Показана воз)
можность взаимного дробления закипа)
ющих капель с учетом сил, действую)
щих на их поверхностях, а также
особенности сил, которые действуют от
нескольких соседних капель одновре)
менно.
The processes of effervescence of dis)
persion phase of emulsion taking into
account forming of steam layer on the bor)
der of section of phases are examined.
Possibility of the mutual crushing of drops
beginning to boil taking into account
forces, operating on their surfaces, and
also feature, in consideration of forces
which operate from a few neighboring
drops simultaneously is shown.
УДК 621.01.216
ПАВЛЕНКО А.М.1, КЛИМОВ Р.А.1, БАСОК Б.И.2
1Днепродзержинский государственный технический университет
2Институт технической теплофизики НАН Украины
ОСОБЕННОСТИ ВСКИПАНИЯ И ДРОБЛЕНИЯ
КАПЕЛЬ ЭМУЛЬСИИ
F – сила;
g – ускорение;
h – расстояние;
R – радиус;
t – температура;
w – скорость движения;
ρ – плотность;
σ – межфазное натяжение;
τ – время.
Нижние индексы:
0 – начальное значение;
i = 1,2 – номер капли;
Bo – Бонда;
We – Вебера;
σ – капиллярная;
м – масло;
сr – критическое.
вода;масло значительно уменьшается. Опытные
данные [2] свидетельствуют о том, что процесс
образования новой фазы (пара) инициируется
внутренним тепловым воздействием на поверх;
ности масляных частиц. Таким образом, напри;
мер, при резком сбросе давления, предваритель;
но нагретая эмульсия будет оказываться в
состоянии пересыщения термолабильной вод;
ной фазой (вода перегрета относительно темпе;
ратуры насыщения при данном давлении), т.е.
содержать избыточное количество теплоты. Этот
избыток теплоты затрачивается на работу обра;
зования паровой прослойки и дальнейшее паро;
образование. Из экспериментов [2] видно, что
среднее время вскипания водомасляных эмуль;
сий снижается с повышением концентрации
ПАВ, набюдается слабая зависимость среднего
времени вскипания от диаметра капли.
Работы [2, 3] предполагают использование вы;
соких скоростей схлопывания парового пузырь;
ка для процессов дробления жидких включений
эмульсий, но моделей, использующих совмест;
ный процесс роста (схлопывания) пузырька и
дробления включений, не существует.
В технологиях эмульгирования, диспергиро;
вания и гомогенизации наибольшее применение
и использование находят конечные объемы двух
и более взаимно не смешивающихся жидкостей
[2, 3], которые находятся либо в неподвижном
состоянии, либо в виде потока эмульсии. Прове;
денные теоретические и экспериментальные ра;
боты предполагают в большинстве своем гомо;
генное зародышеобразование паровой фазы, не
учитывая при этом ПАВ, но, например, в эмуль;
сиях типа вода;масло количество центров паро;
образования практически равно числу распреде;
ленных дисперсных частиц. Это указывает на то,
что процесс зародышеобразования паровой фазы
происходит гетерогенно с заранее известным ко;
личеством центров парообразования.
Основными факторами, обусловливающими
дробление капель в жидкой среде, являются от;
носительная скорость, ускорение потока, разно;
сти плотностей фаз и др. Каждый из этих факто;
ров может стать причиной нестабильности. Чем
меньше начальный радиус капли, тем интенсив;
нее растет паровая фаза, т.е. выше скорость и ус;
корение границы раздела. При различных радиу;
сах капель могут наблюдаться как совместные
максимумы (минимумы) скорости (ускорения),
так и существенные разности данных скоростей
(ускорений). Тогда, учитывая, что скорости для
разных начальных радиусов имеют различные
амплитуды и частоты изменения во времени,
можно предполагать, что в какой;то момент вре;
мени возможно возникновение нестабильности
Кельвина;Гельмгольца, а для ускорения – Релея;
Тейлора. В качестве примера рассмотрим две
капли эмульсии с R1 = 100 мкм и R2 = 10 мкм,
которые находятся на расстоянии h друг от друга,
при начальной температуре 180 oС и соответству;
ющем давлении насыщения. Расчет производим
с учетом сил, которые действуют на частицу и
вызывают дробление, деформацию либо ее пере;
мещение. Сила, вызванная ускорением либо за;
медлением потока, а также динамическим напо;
ром на поверхности рассматриваемых капель,
соответственно равна:
; . (1)
2
We
6
i i iм i p p
F R w w= πρ3
Bo
4
i iм p i
F g R= πρ
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 145
Рис. 1. Изменение сил, действующих на каплю
радиусом R10
= 100 мкм, во времени при R20
= 10 мкм,
t0 = 180 oС, p∞∞ = 0,1 МПа, h = 250 мкм.
Возможно существование минимума капил;
лярной силы. Будем считать, что минимум опре;
деляется силой Лапласа и соответствующая сила
равна
. (2)
Критические силы, приводящие к появлению
неустойчивости Релея;Тейлора или Кельвина;
Гельмгольца, соответственно равны:
; . (3)
Результаты расчетов по уравнениям (1);(3) с
учетом уравнений [4] показывают, что наиболь;
ший эффект в разрушение капель приносит неус;
тойчивость Релея;Тейлора, во всех рассмотрен;
ных случаях она играет наибольшую роль.
Как видно из рис. 1, при расстоянии между
каплями, равному 250 мкм, т.е. в 2,5 раза превы;
шающем начальный радиус большой капли,
дробление будет наблюдаться во втором пике ко;
лебания силы FBo, в то время, как при меньших
расстояниях – в первом пике. При небольших
расстояниях h разрушение парового объема будет
происходить практически сразу после сброса
давления. По мере увеличения расстояния время
до разрушения увеличивается, что и следовало
ожидать, переходя в пределе до бесконечности,
если капли сольются друг с другом. При сниже;
нии начальной температуры до 130 oС даже при
h = 150 мкм эффектов дробления или деформа;
ции для большой капли не наблюдается вообще.
Рассмотрим силы, действующие на капли дис;
персной фазы, находящиеся в окружении других
капель при их закипании. В качестве объекта
рассмотрения примем эмульсию, представлен;
ную в [2]. Для данной эмульсии видно, что меж;
ду «большими» каплями находятся «малые» кап;
ли, которые могут служить источниками
повышенных динамических сил при закипании и
тем самым инициировать процессы дробления
более крупных капель из;за значительной разно;
сти в ускорениях и/или скоростях роста между
ними. Рассматривая каплю эмульсии, можно
сделать вывод о том, что основную роль будут
оказывать силы, действующие по нормальной
составляющей к поверхности капли, т.е. силы,
направленные либо к центру капли, либо от него.
Важным является рассмотрение сил, действую;
щих на противоположные стороны включения.
Определяя, например, ускорение и вызванную
им силу на одной стороне капли и противополож;
ной стороне, будем считать, что если две противо;
положные силы направлены к центру рассматри;
ваемой капли, то общая сила, действующая на
каплю, равна сумме данных двух сил. Если обе
силы направлены от центра капли, то общая сила
также равна сумме двух векторных сил. В том
случае, если обе силы действуют разнонаправле;
но по отношению к центру капли, т.е. однона;
правлены в пространстве, определяющей будем
считать ту силу, которая имеет большее значение
из двух действующих. Таким образом, на включе;
ние дисперсной фазы, которое не закипает, т.е.
не создает никакого противодействия силам,
действующим на него, определяющим воздейст;
вием, приводящим к возможному разрушению,
будет максимум двух сил, которые действуют на
противоположные стороны.
В случае же, когда капля эмульсии начинает
закипать, она имеет свою силу, которая будет
противодействовать внешнему воздействию со
стороны других источников. Тогда определяю;
щей силой может быть та, которая действует на
одну сторону включения и превышает силу про;
тиводействия. Все это является основным отли;
чием в рассмотрении сил, действующих на каплю,
которая закипает, в отличие от не закипающей
капли. Это означает, что необходимо учитывать
два данных максимума и определять из них глав;
ный. Конечно, возможно совпадение в сущест;
вовании этих максимумов сил.
Выводы
С учетом сил, действующих на поверхности
капель, можно в достаточно простой постановке
рассмотреть процессы дробления больших ка;
пель дисперсной фазы соседними малыми кап;
лями при различных начальных температурах и
расстояниях между ними, а также указать на воз;
можные перемещение, деформацию или дробле;
ние капель. Рассмотрение сил, действующих на
включения дисперсной фазы эмульсии с учетом
ее закипания и влияния соседних включений,
показывает необходимость нахождения как ми;
We
30
cr
i
F R= πσ
Bo
40
cr
i
F R= πσ
8
i i
F Rσ = πσ
146 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
нимум двух максимальных усилий, которые мо;
гут совпадать по углу своего действия на каплю,
либо значительно различаться по этому углу дей;
ствия. Важным является учет времени зарожде;
ния паровой прослойки на частицах разных раз;
меров, и для его определения будет использован
эксперимент. Учет перемещения и слияния ка;
пель будет проведен дальнейшим усовершенст;
вованием модели.
ЛИТЕРАТУРА
1. Смазочно[охлаждающие технологические
средства для обработки металлов резанием.
Справочник. – М.: Машиностроение, 1986. –
352 с.
2. Долинский А.А., Павленко А.М., Басок Б.И.
Теплофизические процессы в эмульсиях. – К.:
Наукова думка, 2005. – 265 с.
3. Долинский А .А . , Басок Б.И. Дис;
кретно – импульсная трансформация
энергии в адиабатно вскипающем потоке
// Пром. теплотехника. – 2001. – Т.23,
№4;5. – С.5 – 20.
4. Павленко А.М., Климов Р.А., Басок Б.И.
Кинетика испарения в процессах гомогенизации
// Пром. теплотехника. – 2006. – Т. 28, №6. –
С.14 – 20.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 147
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61340 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T14:07:22Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Павленко, А.М. Климов, Р.А. Басок, Б.И. 2014-04-30T16:57:31Z 2014-04-30T16:57:31Z 2007 Особенности вскипания и дробления капель эмульсии / А.М. Павленко, Р.А. Климов, Б.И. Басок // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 144-147. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61340 621.01.216 Рассматриваются процессы закипания дисперсной фазы эмульсии с учетом формирования парового слоя на границе раздела фаз. Показана возможность взаимного дробления закипающих капель с учетом сил, действующих на их поверхностях, а также особенности сил, которые действуют от нескольких соседних капель одновременно. Розглядаються процеси закипання дисперсної фази емульсії з урахуванням формування парового шару на межі розділу фаз. Показана можливість взаємного подрібнення закипаючих крапель з урахуванням сил, діючих на їх поверхнях, а також особливості сил, які діють від декількох сусідніх крапель одночасно. The processes of effervescence of dispersion phase of emulsion taking into account forming of steam layer on the border of section of phases are examined. Possibility of the mutual crushing of drops beginning to boil taking into account forces, operating on their surfaces, and also feature, in consideration of forces which operate from a few neighboring drops simultaneously is shown. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Особенности вскипания и дробления капель эмульсии Features of boiling and crushing of drops emulsion Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности вскипания и дробления капель эмульсии Павленко, А.М. Климов, Р.А. Басок, Б.И. |
| title | Особенности вскипания и дробления капель эмульсии |
| title_alt | Features of boiling and crushing of drops emulsion |
| title_full | Особенности вскипания и дробления капель эмульсии |
| title_fullStr | Особенности вскипания и дробления капель эмульсии |
| title_full_unstemmed | Особенности вскипания и дробления капель эмульсии |
| title_short | Особенности вскипания и дробления капель эмульсии |
| title_sort | особенности вскипания и дробления капель эмульсии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61340 |
| work_keys_str_mv | AT pavlenkoam osobennostivskipaniâidrobleniâkapelʹémulʹsii AT klimovra osobennostivskipaniâidrobleniâkapelʹémulʹsii AT basokbi osobennostivskipaniâidrobleniâkapelʹémulʹsii AT pavlenkoam featuresofboilingandcrushingofdropsemulsion AT klimovra featuresofboilingandcrushingofdropsemulsion AT basokbi featuresofboilingandcrushingofdropsemulsion |