Образование пузырьков и их размеры
Средний размер пузырьков зависит от давления (определяющего скорость) входящего потока и диаметра выходного отверстия. При подаче газов под большим давлением скорость выхода через отверстие выше, в результате чего имеет место слияние нескольких последовательно образующихся пузырей. В общем случае, диаметр пузырька, способного отделиться от поверхности примерно равен 1,5–2 диаметрам отверстия. Причем, сколь бы маленьким не был диаметр выходного отверстия, существует некоторый пороговый предел, лишь достигнув которого пузырек способен оторваться от поверхности трубки. Дело в том, что образующийся на плоской поверхности пузырь, прижимается давлением жидкости к поверхности (1–3), фактически исключая подток воды под него. Отсутствие подтока означает, что вода оказывает давление только сверху, не позволяя ему всплывать, а вязкость воды не позволяет ему принимать шарообразную форму.
По мере увеличения своего объема, пузырек приобретает овальную форму (4), что обеспечивает подток воды под пузырек. Теперь уже на пузырек действует 3 силы: давление воды на верхнюю часть 
, давление воды снизу 
и сила Архимеда FA. То есть давление воды снизу больше, чем сверху за счет расстояния, равного половине высоты самого пузырька. Сила равна произведению давления на площадь, на которую оно действует: F= 
. С увеличением объема растет и площадь нижней половины пузырька, на которую снизу действует давление 
. Однако, существует площадь соприкосновения с поверхностью 
, на которую не действует давление воды снизу. Пузырек отрывается от поверхности, когда равнодействующая всех сил больше ноля и направлена вверх: 
. Такое наблюдается при закачивании газа под маленьким давлением, например, как в случае кальяна.
|
|
|
Если газ, накапливающийся над поверхностью жидкости, находящейся в герметичном сосуде, откачивают с помощью трубки, и контролировать давление поступающего в воду газа, то давление, необходимое для образования пузырька, определяется только высотой столба воды. В таком случае, возможность образования пузырьков создается, как только давление над водой 
становится меньшим, чем сумма давления воды 
и давления поступающего в воду газа 
, то есть: 
. В этом случае, изменяя давление поступающего газа 
легко контролировать среднее общее количество частиц газовой смеси в объеме образующегося пузырька. Меньше давление – меньше количество вещества в объеме пузыря, следовательно, – больше длина свободного пробега частицы. С другой стороны, уменьшается и среднее значение скоростей, что может привести к снижению процента газов, переходящих в водный раствор. По-видимому, существует некоторая минимальная скорость, обладая которой, частица имеет близкую к нулевой вероятность проникновения из газовой в водную среду.
|
|
|
Как известно из законов термодинамики, давление идеального двухатомного газа 
зависит, главным образом, от температуры ( 
), концентрации молекул ( 
) и среднеквадратичной скорости движения молекул 
. Таким образом, падение давления в х раз приводит к уменьшению среднеквадратичной скорости в 
раз. Если среднеквадратичная скорость не упадет ниже определенного предела, то это мало повлияет на вероятность проникновения частицы в другую среду.
Закачивание газа под большим давлением обеспечивает высокие скорости образования пузырьков. Как правило, начальная скорость подъема пузырька не велика, и вновь образовавшийся пузырек, достигнув минимального радиуса не успевает оторваться от поверхности, – в него попадает добавочный объем газа. Кроме того, высокая скорость образования пузырьков приводит к тому, что по одной оси одновременно поднимается несколько пузырьков.
При этом за счет прибавления добавочного объема, уровень воды в сосуде в целом незначительно увеличивается, а вот по оси подъема пузырьков высота водяного столба как бы «уменьшается» на суммарную величину высот одновременно поднимающихся пузырьков. То есть плотность воды с пузырьками меньше обычной плотности воды. Вследствие этого изменяется давление воды на уровне отверстия подачи газа, что приводит к еще меньшей производительности фильтрации.
|
|
|
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 378; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!