用于低或超低界面张力测定装置——旋转液滴界面张力测定仪

液液界面现象大量存在于生物体及自然界中 ,界面张力的测定对于界面化学、化学工程、表面活性剂开发、三次采油等具有重要意义。本文自行研制了一台用于低或超低界面张力测定装置—旋转液滴界面张力测定仪。测定了一些两相系统的界面张力 ,并将所测的数据与文献值进行了比较 ,结果表明 ,研制的旋转液滴界面张力测定仪具有较好的测定精度 。

旋转液滴法界面张力仪的建立以及液液界面张力的测定

In order to determine the low interfacial tension,a spinning drop interfacial tensiometer was constructed.The apparatus was calibrated by measuring the interfacial tension of some low molecular weight systems and polyethylene glycol /dextran aqueous two-phase systems,with the determination error of 3.The interfacial tensions of PEG1000/Na2SO4,PEG/MgSO4 and PEG1000/(NH4)2SO4 aqueous two-phase systems Were determined.It is found that the salt type has strong effect on the interfacial tension.

旋转滴法测定非混相液-液-液三相界面张力

研究了用旋转滴法测定非混相油-中相-水相体系界面张力的问题。结果表明:在无界面接触时,旋滴界面张力仪可同时测出油-中相、水相-中相的界面张力;油滴的存在不影响水相-中相的界面张力测定结果;在有界面接触时,界面张力的测定值不准确。

黏弹性液滴界面张力数值模拟及实验测量

两种不相容聚合物界面张力的测量多集中在理论和实验层面,缺少适用于工程应用系统设计的数值模拟方法。通过椭球液滴回缩法测量了聚苯乙烯(PS)与茂金属催化的乙烯-辛稀共聚物(POE)之间的界面张力,并运用数值模拟软件中的非牛顿流体模型对实验过程进行仿真,验证两种方法测量界面张力的吻合性。在此基础上,考察了同一聚合物体系下分散相与连续相的黏度比对界面张力的影响。结果表明,数值模拟方法测量界面张力与实验数据吻合较好,说明了该方法的可靠性。PS/POE体系在230℃下的界面张力值为0.397 mN/m,同时,聚合物系统的黏度比对界面张力有显著正影响。

关于旋转滴法界面张力测定标准的讨论

我国目前90％以上的油田实施注水开发,平均注水采收率仅为35％左右。目前各主力油田都已进入中、高含水期,如何降低剩余油饱和度,提高采出程度,已成为当务之急。国家已把提高采收率的工作列为重点攻关项目之一。要提高原油采收率,油水界面张力是重点研究课题之一。目前低界面张力测定的方法主要有:悬滴法、停滴法和旋转滴法等。由于测试方法不同,必然影响测定结果,

旋转液滴法测界面张力的模型分析与应用

在进行旋转液滴法测界面张力的实验过程中,在液滴体积小或者界面张力值大的情况下,提高转速不能达到仪器测试的条件要求。对旋转液滴法测界面张力的模型进行分析,首先给出了旋转液滴椭圆形态计算界面张力的求解模型,对参数的敏感性进行了分析的同时刻画了椭圆边界的形态特征;其次根据建立的模型求解过程形成的数据库,建立了求解旋转液滴椭圆形态计算界面张力值的图版方法和迭代算法;再次列举出了一个新的求解方法,最后对以上各种计算方法进行了实例应用。研究认为各种方法下,推荐对液滴长度和直径都进行测量。

用耗散粒子动力学方法研究高分子链取向对形变液滴回缩法测定界面张力值的影响

在利用形变液滴回缩法(DDRM)测量了分子共混体系界面张力的过程中,要求椭球液滴内高分子链应力松弛速度远快于椭球的回缩速度.我们建立高分子链取向模型,用耗散粒子动力学研究高分子链的取向及应力松弛对界面张力测量值的影响.结果表明,当高分子链沿着流场方向取向时,应力是否完全松弛对界面张力测量值的影响较大,当高分子链取向方向垂直于流场方向时,应力是否松弛对测量值影响较小.

SVT20旋转滴界面张力仪测量原理及影响因素分析

测量界面张力的方法很多，但最受关注的是旋转滴法。SVT20旋转滴界面张力仪是从德国进口的测量界面张力的一种新型仪器，使用方便，操作简单，但是由于在测量界面张力的过程中影响因素较多，没有得到很好的应用。从转速、液滴体积及光源亮度的选择、气泡的影响和排除等方面，对如何使用SVT20旋转滴界面张力仪准确测量界面张力进行了试验。通过试验得到测量界面张力的转速范围为5000～8000r／min、注入液滴的体积为0．3～0．8μL，时测量结果准确。理论上界面张力越低的驱油剂其驱油效果应该越好，在室内对一些表面活性剂进行了界面张力测量，并做了相应的岩心驱替试验，试验结果与理论相吻合。

脉冲电场作用下界面张力对乳化油液滴变形振动的影响

乳化油中液滴在高压脉冲电场作用下发生变形振动,油-水界面张力为液滴振动提供了回复力,对液滴振动产生重要影响。通过建立液滴振动动力学模型,解得液滴振动振幅一次近似解,以分析界面张力对液滴变形振动的影响。由仿真计算结果发现,乳化油中液滴振动振幅峰值随油-水界面张力的减小而增大,在小界面张力区域内,液滴发生不稳定振动,但可通过增大电场频率来改善;液滴共振频率随着界面张力的增大而增大,因此较大界面张力的乳化油在高频电场中破乳效果较好。实验结果对高效破乳的脉冲电场选择具有指导意义。

界面张力和乳滴大小对乳状液稳定性的影响

通过用不同界面张力体系和原油进行乳化,制备出一系列不同数量级界面张力的乳状液。研究了界面张力和乳状液液滴大小对乳状液稳定性的影响。结果表明,乳状液的稳定性随界面张力增加而增强;相体积比影响乳状液的稳定性,随含水率增加稳定性减小;乳状液粒径随界面张力增加而减小,平均粒径越小乳状液越稳定。

接触角迟滞和气-液界面张力温度敏感性对液滴蒸发动态特性的影响

基于润滑理论和滑移边界条件,构建了考虑接触角迟滞时液滴在均匀加热固体壁面上蒸发的数学模型,探讨了接触角迟滞对蒸发液滴动力学的影响,并分析了不同气-液界面张力温度敏感性的液滴蒸发特征.研究结果表明:接触角迟滞对液滴蒸发过程有较大影响,随接触角迟滞增大,液滴的接触线钉扎时间延长,铺展阶段和去钉扎阶段时长缩短,液滴蒸发显著加快;迟滞角的增大使前进接触角增加,后退接触角减小,且后退接触角减小的幅度大于前进接触角增加的幅度.提高气-液界面张力对温度的敏感性系数可通过减小后退接触角,改善液滴在壁面上的润湿性,从而加强液滴传热,致使加快液滴蒸干.因此,改变接触角迟滞和气-液界面张力对温度的敏感性均可实现对液滴运动的调控,从而控制其蒸发进程.

疏水界面上的NaCl液滴蒸发过程内环流调控机制研究

盐水微液滴蒸发结晶在海水淡化、晶体制备、药物预混合和颗粒筛选中具有非常重要的作用。通过计算流体动力学模型,对不同疏水界面传热系数和不同直径疏水平台上的NaCl盐水液滴蒸发过程开展模拟研究,主要通过模拟预测了液滴内流体在温度和浓度差作用下的环流演变机制。模拟结果通过光学可视化和红外热成像仪进行了验证。结果表明,常温蒸发下,NaCl液滴内部的环流主要由Rayleigh对流和溶质Marangoni效应主导。不同的固液界面传热系数会影响液滴的升温速率和温度分布,当温差大于一定值时,热Marangoni效应可以主导液滴内部环流。基于Rayleigh数和Marangoni数的调控区间制得了流场演变相图,有效地预测液滴内部的环流状态。盐水液滴内环流方向和持续时间可以通过调整热Marangoni效应来控制,从而影响最终蒸发结晶的晶体形貌和沉积分布。这项工作可以为蒸发界面设计、蒸发结晶的过程控制等提供理论依据。

考虑界面张力和液滴变形影响的携液临界流量模型

现有的携液临界流量模型通常认为界面张力及曳力系数为常数,忽略温度及压力对界面张力、液滴尺寸及液滴变形对曳力系数的影响,造成预测携液临界流量的结果与实际结果有较大差异。为了更准确预测气井携液临界流量,首先通过分段拟合界面张力实验数据,建立界面张力公式,然后引入变形液滴曳力系数公式及液滴变形程度和液滴尺寸之间的关系式,得到考虑界面张力和液滴变形影响的携液临界流量模型。研究结果表明,温度越高,压力越大,界面张力越小,携液临界流量越小;液滴尺寸越大,液滴变形越严重,液滴高宽比越小,曳力系数越大,携液临界流量越小。实验表明,模型预测数据与气井微观液滴积液实验数据基本吻合一致,其准确度远远高于Turner模型和李闽模型。新模型能够更加准确预测不同液滴尺寸下的携液临界流量,符合气田开发规律,为油气田开发提供技术指导。

二元液液系统界面张力

采用悬滴技术分别测量了正己烷-水、正庚烷-水、正辛烷-水、正壬烷-水和正己醇-水、正庚醇-水、正辛醇-水、正壬醇-水8个系统常压下温度为293.15～343.15 K之间的界面张力.讨论了界面张力与温度的关系,发现烷烃-水系统界面张力随温度的升高呈直线下降趋势,而醇-水系统的界面张力则随温度的升高呈先增加后又变小的规律.另外,对目前广受关注的、估算界面张力的N-A法作了进一步的验证和讨论.

界面物性对液滴聚结的影响

推导了分散相液滴运动轨迹模型和分层二相流基本流模型,并优化了计算方法。直接数值模拟结果表明:当层膜厚度和板宽变化时,流场的密度、黏度以及界面张力对界面处的液滴的作用方式不相同;黏度始终对液滴聚结产生明显的影响,而密度和界面张力对聚结的影响却因流场结构的变化而有所不同;密度、黏度及界面张力的变化使得液滴的顺时针或逆时针旋转运动更加具有倾向性。因此,密度和黏度在一定程度上可用于改善流场的聚结条件。数值模拟的结果与已知的实验结果吻合较好,而且,基本流的介入使得该模型能较好地反映液滴在分层二相流流场中的运动特性。

液滴尺寸与表面张力

液体的滴数问题是化学实验等实际工作中经常遇到的界面问题。液滴体积与液体的表面张力有关,因此一定体积的液体所具有的液滴数也与表面张力有关。但若仅考虑表面张力的影响而忽视密度的作用,则有可能得出不正确的结论。本文从一道考题入手,讨论了表面张力、密度等因素对液滴大小的影响,对考题答案进行了分析。

海气界面浪沫中泡沫液滴的尺寸分布

基于液团断裂、粉碎的原理研究浪沫中泡沫液滴的生成，描述了高风速下，波峰被风撕裂产生泡沫液滴的瞬态断裂特性，并基于液团破碎过程局部动能与表面能的能量最小原则，导出了泡沫液滴平均尺寸表达式。其中液滴的产生高度取有效波振幅，风速满足对数廓线分布。研究发现，液滴半径与海水粘性系数、密度、表面张力及风速有关，并与风速的-4/3次幂成正比。

基于界面反应的液滴破裂现象制备油包水型纳米乳液

报道了一种利用油水界面反应导致液滴界面失稳并破裂、从而简便可控地制备纳米级油包水型(W/O)乳液液滴并用于活性物质包载的新方法。采用氢氧化钠水溶液为分散相、含有油酸的苯甲酸苄酯溶液为连续相,通过氢氧化钠和油酸在水/油界面反应生成具有更好界面稳定性的油酸钠以降低界面张力,从而导致界面失稳使得液滴破裂,实现了对W/O纳米乳液的可控制备。利用界面张力仪验证了反应过程对液滴界面张力的影响,并用高速摄像显微系统观察研究了液滴的微观破裂过程。系统考察了分散相液滴中氢氧化钠含量、分散相液滴黏度以及连续相中油酸含量对所制得的纳米液滴粒径的影响规律。同时,通过在分散相中加入活性物质,方便地实现了活性物质在W/O纳米乳液内的有效包封。

受限微结构对低表面张力液滴合并弹跳的影响

设计并制备了CuO纳米结构和矩形微槽相结合的层级微槽超疏水表面,采用去离子水、质量分数为8%和16%的乙醇溶液为工质,研究了三种表面张力的单个液滴在微槽内的受限生长特征以及槽内变形液滴与槽外正常液滴的合并弹跳行为,探讨了受限微结构对较低表面张力液滴合并弹跳的影响。结果表明,在Laplace压力差的驱动下,微槽内受限变形的水滴发生自弹跳行为,随着溶液中乙醇浓度的提升,液体表面张力减小,表面对液滴的吸附增强,乙醇质量分数为8%和16%的槽内变形液滴不发生自弹跳,而是爬升并悬浮于微槽上方。受限微结构对液滴合并弹跳的强化作用随液体表面张力的减小而减弱,与去离子水相比,乙醇质量分数为8%和16%的受限变形液滴与槽外正常液滴的合并弹跳速度分别降低了26.7%和75.9%,能量转化效率分别降低了17.8%和90%。