ВИМІРЮВАННЯ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИН МЕТОДОМ ГАЗОВОГО СТРУМЕНЯ
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9981-2026-1(56)-70-78Ключові слова:
поверхневий натяг; поверхнево-активні речовини; газовий струмінь; меніск; вимірювання; аналіз зображення; пристрій.Анотація
Об’єктом дослідження є фізико-хімічний процес впливу вільного газового струменя на параметри меніска поверхні рідини в залежності від значення поверхневого натягу рідини. Наведено огляд ряду існуючих методів і засобів визначення поверхневого натягу рідини та встановлено їх недоліки при застосуванні у виробничих умовах. Показано зв’язок геометричних параметрів меніска поверхні рідини з поверхневим натягом. Запропоновано метод вільного газового струменя на поверхню рідини для утвореного меніска. Визначено залежності для величини швидкості газового потоку у різних точках вільного газового струменя, який виходить із циліндричного сопла, що дозволяє визначати розподіл динамічного тиску в точках поверхні утвореного меніска. Встановлені таким чином значення тиску застосовуються для розрахунку кривизни поверхні меніска в цій точці, застосовуючи відомі методи розрахунку капілярних поверхонь, а, значить, для визначення поверхневого натягу. Враховуючи, що розраховані теоретично профілі висячої краплі чи витягнутого пухирця є ідентичними, і відрізняються розташуванням омбілічної точки, встановлено умови, при яких можна застосовувати методику визначення поверхневого натягу рідини при дії вільного газового струменя аналогічно, як для висячої краплі. Для експериментального дослідження профілю меніска розроблено структурну схему пристрою для визначення поверхневого натягу за методом вільного газового струменя, на основі якої виготовлено діючий експериментальний макет. Під дією тиску газового струменя на поверхні рідини створюється меніск, форму якого спостерігають за допомогою цифрового мікроскопа. Інформація з цифрового мікроскопа поступає на персональний комп’ютер, який буде обробляти цю інформацію за розробленим алгоритмом. Отримані результати перших експериментальних досліджень підтверджують припущення про використання пропонованого методу для визначення поверхневого натягу рідини. Отримані результати показують очевидну залежність геометричних параметрів меніска рідин під дією повітряного струменя від величини поверхневого натягу рідин
Завантаження
Посилання
1. Kisil, I. S., & Kisil, R. I. (2010). Vymiriuvannia poverkhnevykh vlastyvostei na mezhakh rozdilu faz. Metody maksymalnoho tysku u bulbashtsi, lezhachoi i vysiachoi krapel ta obiemu [Measurement of surface properties at phase interfaces. Methods of maximum bubble pressure, sessile and pendant drops, and volume] (Vol. 1). Fakel. (in Ukrainian)
2. Kisil, I. S., Bodnar, R. T., Bilishchuk, V. B., Barna, O. B., & Vytvytska, L. A. (2018). Vymiriuvannia poverkhnevykh vlastyvostei na mezhakh rozdilu faz. Metody obertovoi krapli, rozhornutoho meniska, vytiahuvannia til, kraiovoho kuta zmotiuvannia [Measurement of surface properties at phase interfaces. Methods of rotating drop, extended meniscus, body pulling, contact wetting angle] (Vol. 2). IFNTUNG. (in Ukrainian)
3. Turyk, V. M. (2021). Hidrohazodynamika. Kurs lektsii [Hydrogasdynamics. Lecture course] (Educational manual). Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute. (in Ukrainian)
4. Tkachenko, S. Y., & Stepanova, S. Y. (2012). Hidrohazodynamika: navchalnyi posibnyk [Hydrogasdynamics: Educational manual]. VNTU. (in Ukrainian)
5. Lyons, C. J., Elbing, E., & Wilson, I. R. (1983). A general selected-plane method for measuring interfacial tensions from the shapes of pendent and sessile interfaces. Department of Chemistry, Monash University.
6. Kisil, I. S. (1997). Vyznachennia poverkhnevoho natiahu ridyn na osnovi vymiriuvaloho maksymalnoho tysku v hazovomu menisku [Determination of surface tension of liquids based on the measured maximum pressure in a gas meniscus]. Methods and Instruments of Quality Control, (1), 50–54. (in Ukrainian)
7. Bodnar, R. T., Horielov, V. O., Kisil, I. S., & Stepaniuk, Ya. V. (2004). Vyznachennia kraiovoho kuta zmotiuvannia ridynamy tverdykh til shliakhom vymiriuvannia heometrychnykh rozmiriv lezhachoi krapli [Determination of the contact wetting angle of solids by liquids by measuring the geometric dimensions of a sessile drop]. Methods and Instruments of Quality Control, (12), 38–41. (in Ukrainian)
8. Afrykanova, A. H., Vyshtakaliuk, N. A., & Drozdenko, O. L. (2014). Vyshcha matematyka: navchalnyi posibnyk [Higher mathematics: Educational manual]. Agrarna Osvita. (in Ukrainian)
9. Sushchuk-Sliusarenko, V. I., Bukhtiiarov, Yu. V., Zhabina, V. V., & Drozdenko, L. V. (2021). Zbirnyk zadach z analitychnoi heometrii: navchalnyi posibnyk dlia provedennia praktychnykh zaniat z dystsypliny "Analitychna heometriia ta liniina alhebra" [Collection of problems in analytical geometry: Educational manual for practical classes in the discipline "Analytical Geometry and Linear Algebra"] (Educational manual). Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute. (in Ukrainian)
10. Bilishchuk, V. B., Kostiv, B. V., & Bodnar, R. T. (2014). Metodyka analizu tsyfrovykh zobrazhen dlia vyznachennia koordynat tochok konturu fiksovanoi obertovoi krapli v mizhfaznii tenziometrii [Methodology of digital image analysis for determining the coordinates of contour points of a fixed rotating drop in interfacial tensiometry]. Methods and Instruments of Quality Control, 2(33), 59–65. (in Ukrainian)
11. Maini, R., & Aggarwal, H. (2009). Study and comparison of various image edge detection techniques. International Journal of Image Processing (IJIP), 3(1), 1–12. http://www.math.tau.ac.il/~turkel/notes/Maini.pdf
.png)
