一维液态泡沫渗流实验研究

【作者】 黄晋； 孙其诚；

【机构】 中国科学院过程工程研究所多相反应实验室；

【摘要】 液态泡沫由大量气泡堆积在微量表面活性剂溶液中形成,是远离平衡态的复杂系统。泡沫渗流是指泡沫中的微量液体在气泡间隙内的流动过程,是影响泡沫稳定的主要机制之一。本文完善了采用色素显示泡沫渗流的方法,生成泡沫的表面活性剂溶液由去离子水、金鱼牌洗洁净和食用色素(“大红”)按照40:1:10体积比配制而成;测定了透射率与液体分率的对应关系: I=0．28+0．01/φ。对一维液态泡沫强制渗流、自由渗流和脉冲渗流进行了详尽实验研究,发现本实验中液态泡沫柏拉图通道内的微流动接近泊肃叶流动,流动能量耗散主要发生在柏拉图通道内。分析表明泡沫内的液体流动由流体能量耗散趋于极小和泡沫表面能趋于极小两个机制协调控制的,进而理论推导了泡沫基本结构单元(Kelvin cell)的粘性耗散能表达式 Eμ=CρgR4(δnδφ-1/2φ3/2+δφφ),采用Surface evolver软件计算得到了不同液体分率时Kelvin cell的表面能Es=5．8285γR2(b0+b1φ1/2+b2φ),并依次计算了本文一维泡沫中液体流动粘性能、气泡表面能及两者相互协调对泡沫渗流过程的影响。本工作的实验结果以及从能量协调的角度对液态泡沫渗流予以分析将深化泡沫渗流的机理研究,并为工业应用中液态泡沫稳定性控制等提供依据。更多还原