表面活性剂溶液的动表面张力的测定及相关应用 页码，2/6 组成方程组，其中 B=ApgRi (3) B称为气泡形状参数，R为气泡顶点处的曲纺半径，这两个参数分别表征气泡的大小和形 状。当B<1时，气泡呈球形，因此形状参数表示气泡偏离球形的程度。本实验测定阶段的气泡形 状参数为02~04，气泡为长形，需考虑形状的影响。式(1)中的无量纲变量为 X=x/Ro,Y=y/Ro,S=s/Ro 在此采用变步长四阶Ruge-Kuta方法对式(I)~式(3)进行数值求解，可得气泡形状。但 是，在初始点(0,0,0)，式(1)无意义。当0<0.2°时，式(1)有近似解 y=21-Jo(x) (4) 式中：J为第一类Besselp函数. 由计算机采集气泡图像并提取气泡边缘数据，与以上方程组的理论解比较，可确定气泡的两个 重要参数R,和B,分别表征气泡的大小和形状，代入式(3)就可确定动界面张力。 2.实验 配制溶液的表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)是Sigma公司纯度为95%的产品，溶剂为去离子 水。平衡表面张力由承德实验机械厂生产的ZHY-180型表面张力仪测实验装置如图2所示。氮气通 过一类似于气相色进气系统的装置，由调节阀和稳流阀调节流量，气泡产生频率约为每秒1个。调节 气泡观察室坛架以保证其底板水平，固定在底板中央的毛细管与底板垂直，毛细管为16针管（内径 12mm),端面采用线切割技术加工，以保证端面水平。这样，气泡的对称轴与重力方向一致，符 合理论分析中所要求的轴对称气泡。一个内壁涂成黑色的避光罩罩在气泡观察室上，以屏避外界光 的干扰。调节凸镜和体现显微镜的焦距使气泡清晰成像，经CCD摄像头和图像卡，把气泡图像以数 据形式存贮于计算机中。采用的RT300图像卡的最大采集频率为每秒30幅，具有320×240像素和8b 分拼率。 图2动表面张力测定装置 3.气泡形状分析 从计算机图像采集系统获得的图像，经边缘剪出可得图像边缘数据，即为气泡形状。理想情况 下的边缘识别方法是利用模板通过数学运算找出灰度变化梯度最大点的幅值与选定的一个阀值进行 比较来确定图像边缘，但由于光线并非完全的平行光，会在气泡表面上发生反射及散射等，图像边 缘的灰度随位置变化。本文采用阅值法排除因光源而引起的灰度随位置的变化，对边缘跟踪剪出， 得到的气泡形状。气泡顶点坐标的确定对实验结果的影响也很大。在(-0)/x<0.44的范围内， 将实验点似合成三次多项式，得到顶点坐标。 图3气泡形状 气泡边缘坐标确定后，可由气泡形状确定气泡的两个参数R和B。理论上，在气泡上取两点 fi】 //E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg11.htm 2008-4-22组成方程组，其中 （3） 称为气泡形状参数， 为气泡顶点处的曲纺半径，这两个参数分别表征气泡的大小和形 状。当 时，气泡呈球形，因此形状参数表示气泡偏离球形的程度。本实验测定阶段的气泡形 状参数为0.2～0.4，气泡为长形，需考虑形状的影响。式（1）中的无量纲变量为 ， ， 在此采用变步长四阶Runge-Kutta方法对式（1）～式（3）进行数值求解，可得气泡形状。但 是，在初始点（0，0，0），式（1）无意义。当 <0.2°时，式（1）有近似解 （4） 式中：J0为第一类Bessel函数。 由计算机采集气泡图像并提取气泡边缘数据，与以上方程组的理论解比较，可确定气泡的两个 重要参数 和 ，分别表征气泡的大小和形状，代入式（3）就可确定动界面张力。 2．实验 配制溶液的表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）是Sigma公司纯度为95%的产品，溶剂为去离子 水。平衡表面张力由承德实验机械厂生产的JZHY-180型表面张力仪测实验装置如图2所示。氮气通 过一类似于气相色进气系统的装置，由调节阀和稳流阀调节流量，气泡产生频率约为每秒1个。调节 气泡观察室坛架以保证其底板水平，固定在底板中央的毛细管与底板垂直，毛细管为16#针管（内径 1.2mm），端面采用线切割技术加工，以保证端面水平。这样，气泡的对称轴与重力方向一致，符 合理论分析中所要求的轴对称气泡。一个内壁涂成黑色的避光罩罩在气泡观察室上，以屏避外界光 的干扰。调节凸镜和体现显微镜的焦距使气泡清晰成像，经CCD摄像头和图像卡，把气泡图像以数 据形式存贮于计算机中。采用的RT300图像卡的最大采集频率为每秒30幅，具有320×240像素和8bit 分辨率。 图2 动表面张力测定装置 3．气泡形状分析 从计算机图像采集系统获得的图像，经边缘剪出可得图像边缘数据，即为气泡形状。理想情况 下的边缘识别方法是利用模板通过数学运算找出灰度变化梯度最大点的幅值与选定的一个阈值进行 比较来确定图像边缘，但由于光线并非完全的平行光，会在气泡表面上发生反射及散射等，图像边 缘的灰度随位置变化。本文采用阈值法排除因光源而引起的灰度随位置的变化，对边缘跟踪剪出， 得到的气泡形状。气泡顶点坐标的确定对实验结果的影响也很大。在 的范围内， 将实验点似合成三次多项式，得到顶点坐标。 图3 气泡形状 气泡边缘坐标确定后，可由气泡形状确定气泡的两个参数 和 。理论上，在气泡上取两点 γ ρ β 2 0 ∆ gR = β R0 β <<1 0 X = x / R 0 Y = y / R 0 S = s / R θ β 2[1 ( β )] J 0 X Y − = R0 β ( y − y0 ) / x < 0.44 R0 β 表面活性剂溶液的动表面张力的测定及相关应用 页码，2/6 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg11.htm 2008-4-22