表面活性剂溶液的动表面张力的测定及相关应用 页码，1/6 表面活性剂溶液的动表面张力的测定及相关应用 应化0103李兆静指导教师张常群 摘要：在理论分析的基础上，采用计算机图像采集技术，实时记录气泡的长大过程，用图像分 析技术确定气泡边缘形状，采用局部阀值的边缘跟踪算法识别气泡的边缘并进行优化，建立根据气 泡图像测定动表面张力的实验装置，可直接测量动表面张力随时间的变化。测定了十二烷基硫酸钠 的溶液的动表面张力。 处于静止状态的流体界面 ,其界面性质主要表现为平衡界面张力。当表面活性剂的多相系统处 于运动状态时，由于界面的运动及变形，表面活性剂在界面上的吸附通常不能达到平衡状态，使界 面具有不同于静止界面的性质，称为动态界面性质。动（态）界面张力是表面活性剂系统的重要动 态界面现象之一。测定动界面张力提供了研究表面活性剂在溶液主体与界面之间传质与平衡机理的 途径，是一些含多相分散系统的化工过程的理论基础，并已应用于生物医学过程和界面扩展粘度等 动界面性质的研究。在液滴长大技术中， 通过测定压力来确定动界面张力：也可由液滴或气泡形 状的变化确定动界面张力：还可以应用计算机图像采集技术已通过液滴或气泡形状米确定溶液动界 面米力。 本实验采用较大的气泡产生频率，并采用计算机图像采集技术，实时记录气泡长大过程，直接 确定动表面张力随时间的变化。这样，可获得运动气液界面的动表面张力数据，并可作为测定表面 扩展粘度等其他动态表面性质的基础， 1.原理分析 当气泡在毛细管端生成时，气泡半径增加，毛细管内的压力也随之变化，同时在气泡周围的液 体中产生速度场。为建立描述该过程的模型，作以下假设。 (1)液体是粘度为常数的不可压缩牛顿流体 (2)界面流体满足线性Boussinesq模型 (3)界面扩展时界面吸附不影响界面法向速度的连续。 (4)气泡在生长过程中保持径向流，即满足环流数N。<1(N。=pP3/严g)在本实验条 件下，当量粘度“*0.64，当量直径D,*06D周，毛细管直径D为1.2m,毛细管内最大流速u 的数量级为0.1m·s,因此N.<<1,流体流动动可作为径向流处理。 图1毛细管口处的气泡形状 毛细管端形成的气泡形状如图1所示，图中x,y为气泡边缘某眯的直角坐标，s为从顶点到某点 的弧长，0为某点切线与x轴的夹角，D为气泡的最在半径，D,为气泡在y方向上距离等于2D处的半 径。 采用类似的处理方法，可得气泡表面形状的控制方程， 米=2-m- (1) 式(1)与两辅助方程 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg11.htm 2008-4-22 表面活性剂溶液的动表面张力的测定及相关应用 应化0103 李兆静 指导教师 张常群 摘要：在理论分析的基础上，采用计算机图像采集技术，实时记录气泡的长大过程，用图像分 析技术确定气泡边缘形状，采用局部阈值的边缘跟踪算法识别气泡的边缘并进行优化，建立根据气 泡图像测定动表面张力的实验装置，可直接测量动表面张力随时间的变化。测定了十二烷基硫酸钠 的溶液的动表面张力。 引言 处于静止状态的流体界面，其界面性质主要表现为平衡界面张力。当表面活性剂的多相系统处 于运动状态时，由于界面的运动及变形，表面活性剂在界面上的吸附通常不能达到平衡状态，使界 面具有不同于静止界面的性质，称为动态界面性质。动（态）界面张力是表面活性剂系统的重要动 态界面现象之一。测定动界面张力提供了研究表面活性剂在溶液主体与界面之间传质与平衡机理的 途径，是一些含多相分散系统的化工过程的理论基础，并已应用于生物医学过程和界面扩展粘度等 动界面性质的研究。在液滴长大技术中，可通过测定压力来确定动界面张力；也可由液滴或气泡形 状的变化确定动界面张力；还可以应用计算机图像采集技术已通过液滴或气泡形状来确定溶液动界 面张力。 本实验采用较大的气泡产生频率，并采用计算机图像采集技术，实时记录气泡长大过程，直接 确定动表面张力随时间的变化。这样，可获得运动气液界面的动表面张力数据，并可作为测定表面 扩展粘度等其他动态表面性质的基础。 1．原理分析 当气泡在毛细管端生成时，气泡半径增加，毛细管内的压力也随之变化，同时在气泡周围的液 体中产生速度场。为建立描述该过程的模型，作以下假设。 （1）液体是粘度为常数的不可压缩牛顿流体 （2）界面流体满足线性Boussinesq模型。 （3）界面扩展时界面吸附不影响界面法向速度的连续。 （4）气泡在生长过程中保持径向流，即满足环流数 （ ）在本实验条 件下，当量粘度 ，当量直径 ，毛细管直径 为1.2m，毛细管内最大流速 的数量级为0.1m·s-1，因此 <<1，流体流动 动可作为径向流处理。 图1 毛细管口处的气泡形状 毛细管端形成的气泡形状如图1所示，图中x，y为气泡边缘某眯的直角坐标，s为从顶点到某点 的弧长，θ为某点切线与x轴的夹角，De 为气泡的最在半径，Ds 为气泡在y方向上距离等于2De 处的半 径。 采用类似的处理方法，可得气泡表面形状的控制方程。 （1） 式（1）与两辅助方程 ， （2） Nc <1 Nc g eq u eq ρ ρ / γµ 2 2 3 = µ eq ≈ 0.6µ [8] Deq ≈ 0.6D D u Ne X Y dS d θ β θ sin = 2 − − = cosθ dS dX = sinθ dS dY 表面活性剂溶液的动表面张力的测定及相关应用 页码，1/6 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg11.htm 2008-4-22