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泡沫排液

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影響泡沫穩(wěn)定性的另一個重要的因素是液膜厚度,消泡就是使泡沫的全部或部分液膜的厚度降低到其臨界值而實現(xiàn)的。泡沫排液使泡沫的持液量降低,液膜厚度變薄,有利于泡沫穩(wěn)定性降低,從而實現(xiàn)消泡。

泡沫排液是一個復(fù)雜的流體力學(xué)過程,受多種因素共同控制。泡沫排液的速率取決于以下各方面:泡沫體系的流體力學(xué)參數(shù),例如三個氣泡交匯處的普朗特邊界層的形狀和大??;吸附的表面活性分子的種類不同造成的氣液界面性質(zhì)的變化;氣泡間聚并引起的內(nèi)部泡沫的破壞速率;泡沫中的液體沿普朗特邊界的排液使毛細管壓力增高,從而導(dǎo)致氣泡間聚并加快并使得泡沫主體內(nèi)部形成空洞。

最早 Leonard 和 Lemlich 建立了“通道主導(dǎo)泡沫排液模型”,這個模型假設(shè)普朗特邊界管道的管壁是無限剛性的,所有的壓力損失均發(fā)生在普朗特邊界中,在節(jié)點處的壓力損失可以忽略不計。根據(jù)模型得到泡沫排液速度 u (m/s)如公式(1.7)所示

1.7.JPG

其中 Cr (m²)為 Plateau 邊界層的橫截面積;

ρL(kg/m³)為液體的密度;

μ(Pa·s)為液體的粘度;

g (m/s²)為重力加速度。

后來研究者認為普朗特邊界無限剛性的假設(shè)是不合理,Koehler 等人提出了“節(jié)點主導(dǎo)泡沫排液模型”,放松了對管壁無限剛性的假定,并強調(diào)節(jié)點對壓力損失的貢獻。實際上,在普朗特邊界層和節(jié)點處均存在壓力損失,Stevenson在此基礎(chǔ)上分析影響泡沫排液速率的因素,利用無因次量綱分析方法將這些因素進行關(guān)聯(lián),得出了表觀排液速率 jd (m/s)的表達式:

1.8.JPG

其中 rb (mm)為氣泡的半徑;

ε(%)為泡沫的持液量;

m、n 為表征泡沫流動特性的無量綱系數(shù)。

由此可知,改變物系性質(zhì)參數(shù)如液體粘度、操作條件如氣速以及設(shè)備參數(shù)如分布器孔徑可以影響泡沫排液。