Работа адгезии и когезии, теплота смачивания
Работа адгезии и когезии, теплота смачивания
Поверхностные явления описываются также работой адгезии.
Адгезия – прилипание (сцепление поверхностей) разнородных тел. Когезия – явление сцепления поверхностей разнородных тел, обусловленной межмолекулярным или химическим взаимодействием.
Работа адгезии оценивается уравнением Дюпре:
Wa = s1,2 + s2,3─ s1,3. (6.6)
Используя соотношения 6.4 и 6.6, мы получим уравнение Дюпре-Юнга:
Wa = s1,2 ·(1+cosQ). (6.7)
Из соотношения:
s2,3 – s1,3= s1,2·cosQ (6.8)
следует, что при смачивании свободная энергия единицы поверхности твёрдого тела уменьшается на величину s 1,2 ·cos Q, которую принято называть натяжением смачивания.
Работа когезии W к характеризует энергетические изменения поверхностей раздела при взаимодействии частиц одной фазы.
Из уравнения 6.7 следует, что на отрыв жидкости от поверхности твёрдого тела при полном смачивании (когда cosQ=0) затрачивается работа, необходимая для образования двух жидких поверхностей – 2sжг(s1,2), т.е.:
Wк = 2·sж г, (6.9)
где 2·sжг– поверхностное натяжение жидкости на границе с газом.
Это значит, что при полном смачивании жидкость не отрывается от поверхности твёрдого тела, а происходит разрыв самой жидкости, т.е. при полном смачивании s1,2 £ s1,3.
|
|
Подставив в уравнение Юнга значения работ адгезии и когезии, получим:
(6.10).
Из этого уравнения 6.10 следует, что смачиваемость жидкостью твёрдого тела тем лучше, чем меньше работа когезии (и поверхностное натяжение жидкости на границе с газом).
Для характеристики смачивающих свойств жидкости используют также относительную работу адгезии z = Wа/Wк.
Ещё одна характеристика, используемая для описания поверхностных явлений – теплота смачивания.
Установлено, что при смачивании твёрдого тела жидкостью наблюдается выделение тепла, так как разность полярностей на границе твёрдое тело–жидкость меньше, чем на границе с воздухом. Для пористых и порошкообразных тел теплота смачивания обычно изменяется от 1 до 125 кДж/кг и зависит от степени дисперсности твёрдого тела и полярности жидкости.
Теплота смачивания характеризует степень дисперсности твёрдого тела и природу его поверхности. Большее количество теплоты выделяется при смачивании той жидкостью, которая лучше смачивает твёрдую поверхность.
Если через q1 – обозначить удельную теплоту смачивания породы водой, а через q2 – обозначить удельную теплоту смачивания породы нефтью, то для гидрофильных поверхностей будет выполняться соотношение:
|
|
(q1/ q2) > 1, а для гидрофобных: (q1/ q2) < 1. (6.11)
Кинетический гистерезис смачивания
Кинетический гистерезис смачивания
Явления смачиваемости рассматривались для равновесного состояния системы. В пластовых условиях наблюдаются неустойчивые процессы, происходящие на поверхности раздела фаз. За счет вытеснения нефти водой образуется передвигающийся трехфазный периметр смачивания. Угол смачивания изменяется в зависимости от скорости и направления движения жидкости (менисков жидкости, рис. 6.5) в каналах и трещинах.
Рис. 6.5. Схема изменения углов смачивания при изменении направления движения мениска в капиллярном канале: Q1 –наступающий, Q2 – отступающий углы смачивания при движении водо-нефтяного мениска в цилиндрическом канале с гидрофильной поверхностью (Q – статический угол смачивания)
Кинетическим гистерезисом смачивания принято называть изменение угла смачивания при передвижении по твердой поверхности трехфазного периметра смачивания. Величина гистерезиса зависит от:
направления движения периметра смачивания, то есть от того, происходит ли вытеснение с твердой поверхности воды нефтью или нефти водой;
|
|
скорости перемещения трехфазной границы раздела фаз по твердой поверхности;
шероховатости твердой поверхности;
адсорбции на поверхности веществ.
Явления гистерезиса возникают, в основном, на шероховатых поверхностях и имеют молекулярную природу. На полированных поверхностях гистерезис проявляется слабо.
Предварительное тестирование по главе 6
Литература
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Гиматудинов Ш. К., Ширковский А. И. Физика нефтяного и газового пласта. – М.: Недра, 1982. – 311 с.
Ермилов О. М., Ремизов В. В., Ширковский Л. И., Чугунов Л. С. Физика пласта, добыча и подземное хранение газа. – М.: Наука, 1996. – 541 с.
Котяхов Ф. И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. – М.: Недра, 1977. – 287 с.
Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. – М.: Недра, 1978. – 359 с.
Медведев Ю.А. Физика нефтяного и газового пласта: Курс лекций. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. – 158 с.
Мирзаджанзаде А.Х. и др. Физика нефтяного и газового пласта. – М.: Недра, 1992. – 269 с.
Мищенко И. Т. Расчеты в добыче нефти. – М.: Недра, 1989. – 245 с.
Требин Г.Ф., Чарыгин Н. В., Обухова Т. М. Нефти месторождений Советского Союза. – М.: Недра, 1980. – 583 с.
Гафаров Ш. А. и др. Физика нефтяного пласта: Учебное пособие. – Уфа: УГТНУ, 1999. – 86 с.
|
|
Подготовка к экзамену
Экзамен
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Гиматудинов Ш. К., Ширковский А. И. Физика нефтяного и газового пласта. – М.: Недра, 1982. – 311 с.
Ермилов О. М., Ремизов В. В., Ширковский Л. И., Чугунов Л. С. Физика пласта, добыча и подземное хранение газа. – М.: Наука, 1996. – 541 с.
Котяхов Ф. И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. – М.: Недра, 1977. – 287 с.
Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. – М.: Недра, 1978. – 359 с.
Медведев Ю.А. Физика нефтяного и газового пласта: Курс лекций. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. – 158 с.
Мирзаджанзаде А.Х. и др. Физика нефтяного и газового пласта. – М.: Недра, 1992. – 269 с.
Мищенко И. Т. Расчеты в добыче нефти. – М.: Недра, 1989. – 245 с.
Требин Г.Ф., Чарыгин Н. В., Обухова Т. М. Нефти месторождений Советского Союза. – М.: Недра, 1980. – 583 с.
Гафаров Ш. А. и др. Физика нефтяного пласта: Учебное пособие. – Уфа: УГТНУ, 1999. – 86 с.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 366; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!