Розроблення методів та засобів контролю змочуваності твердих тіл рідинами

Abstract

Дисертація присвячена питанню контролю змочуваності твердих тіл рідинами. Запропоновано нові методи контролю змочуваності твердих тіл рідинами, які дозволяють оперативно контролювати як рівноважний крайовий кут змочування, так і кінетику змочування. Створено математичні моделі газового містка, між поверхнею зразка твердого тіла і торцем каліброваного капіляра у досліджуваній рідині, краплі досліджуваної рідини на поверхні твердого тіла та процесу змочування пористих тіл. Отримано залежності кута змочування від максимального тиску в газовому містку і від геометричних параметрів профілю лежачої краплі, а також залежність кута змочування пористих тіл від швидкості зміни капілярного тиску при змочуванні їх рідинами. Запропоновано для контролю змочуваності монолітних твердих тіл рідинами метод максимального тиску у газовому містку та метод, що базується вимірювання геометричних параметрів лежачої краплі, а для контролю пористих тіл метод який базується на вимірюванні капілярного тиску. Розроблено прилад: ВКЗ-1, який реалізує запропонований метод контролю змочуваності монолітних тіл за максимальним тиском у газовому містку; прилад ВКЗО-1, який реалізує запропонований оптичний метод контролю змочуваності на основі результатів вимірювання геометричних параметрів лежачої краплі; прилад ВЗПТ-1, який реалізує запропонований метод контролю змочуваності пористих тіл шляхом вимірювання капілярного тиску та швидкості його зміни при змочуванні пористих тіл рідинами. Розроблено методики проведення контролю за допомогою цих приладів. Визначено сумарні похибки розроблених засобів для контролю змочуваності твердих тіл рідинами. Проведені лабораторні і промислові випробування розроблених засобів для контролю змочуваності монолітних та пористих твердих тіл рідинами.

Диссертация посвящена вопросу контроля смачиваемости твердых тел жидкостями. Поверхностные свойства на границе раздела трех фаз (твердое тело-жидкость-газ) время характеризуются краевым углом смачивания (КУС). Известные в настоящее время средства измерения КУС, которые используются в научно-исследовательских и заводских лабораториях, базируются на прямых измерениях и являются низкопроизводительными, не позволяют автоматизировать процесс измерения, не позволяют исключить влияние субъективных факторов на результаты измерения. Наличие достоверной информации о КУС является очень важным фактором для таких технологических процессов, как нефтедобыча, покрытие металлических и неметаллических изделий различными веществами и т. п. По этому проблема определения КУС твердых материалов жидкостями является актуальной задачей. Предложено новые методы койтроля смачиваемости твердых тел жидкостями. Методы разрешают оперативно контролировать как равновесный краевой угол смачивания, так и кинетику смачивания. Созданы математические модели газового мостика между поверхностью образца твердого тела и торцом калибрированного капилляра у испытываемой жидкости капли испытываемой жидкости на поверхности твердого тела и процесса смачивания пористых тел. Получены зависимости величины смачиваемости от максимального давления в газовом мостике и от геометрических параметров профиля лежачей капли, а также зависимость величины смачиваемости пористых тел от скорости изменения капиллярного давления при смачивании их жидкостями. Предложено для контроля смачиваемости сплошных твердых тел жидкостями метод максимального давления в газовом мостике и метод измерения геометрических параметров лежачей капли, а для контроля смачиваемости пористых тел метод определения скорости изменения капиллярного давления. Сущность метода максимального давления в газовом мостике состоит в том, что из выходного отверстия капилляра ножевой формы выдавливают газовой пузырек, который, касаясь горизонтальной поверхности исследуемого твердого тела, образует газовый мостик и при дальнейшем увеличении давления образуется снова в газовый пузырек большего размера и всплывает. При этом давление в определенный момент времени достигает максимального значения, которое является функцией глубины погружения капилляра, плотности и поверхностного натяжения исследуемой жидкости, внутреннего радиуса капилляра, расстояние от его торца до поверхности твердого тела и КУС. Предложенный оптический метод определения КУС предполагает наличие специальных оптической аппаратуры для фиксирования и оцифрирования профиля лежачей капли жидкости на поверхности исследуемого твердого тела с последующим определением аппроксимирующих зависимостей между площадью меридианного сечения капли и ее диаметром для каждого из углов смачивания от 0° до 180° через Г, или нахождением значений производных из уравнения профиля капли в точке контакта жидкости с твердой поверхностью. Сущность методики определения смачиваемости пористых тел состоит в том, что в процессе смачивания пор этого тела рассчитывают кроме прочих также и скорость изменения капиллярного давления над пористым телом, а значение КУС рассчитывают на основании полученной аппроксимационной зависимости. Разработано прибор ВКЗ-1, который осуществляет предложенный метод контроля смачиваемости по максимальному давлению в газовом мостике; прибор ВКЗО-1, который осуществляет предложенный оптический метод контроля смачиваемости по измерениям геометрических параметров лежачей капли; прибор ВЗПТ-1, который реализует предложенный метод контроля смачиваемости пористых тел по скорости изменения капиллярного давления при смачивания их жидкостями. Разработано методики проведения контроля с помощью этих приборов. Определены суммарные погрешности разработанных средств для контроля смачиваемости твердых тел жидкостями. Проведены лабораторные и промышленные испытания разработанных средств для контроля смачиваемости сплошных и пористых твердых тел жидкостями.

Dissertation is devoted to the question of control of wettableness of solids by liquids. It is offered new methods of control of wettableness of solids by liquids. Methods allow operatively to control both the balanced regional corner of moistening and kinetics of moistening. Mathematical models are created: gas bridge, standard of solid formed between a surface and butt end of capillary in the explored liquid; drops of the explored liquid on-the-spot solid and process of moistening of porous bodies. Dependences of value of wettableness are collected from maximal pressure in a gas bridge and from the geometrical parameters of profile of lying drop, and also analytical dependence of value of wettableness of porous bodies on speed of changing of capillary pressure at moistening by their liquids.The method of maximal pressure is offered for the control of wettableness of monolithic solids by liquids in a gas bridge and method of measuring of geometrical parameters of lying drop, but for the control which will realize the offered method of control Devices are developed: BK3-1 is which will realize the offered method of control of wettableness after maximal pressure in a gas bridge; ВКЗО-1 is which will realize the offered optical method of control of wettableness after measuring of geometrical parameters of lying drop; ВЗПТ-1 is which will realize the offered method of control of wettableness of porous bodies after speed of changing of capillary pressure at moistening by their liquids. The methods of leadthrough of control are developed for help of the developed devices. Certainly total errors of the developed facilities for the control of wettableness of solids by liquids Conducted models tests of the developed facilities for the control of wettableness of monolithic and porous solids by liquids.