气液界面边界条件及其对气泡间液膜排液的影响

发布时间:2023-05-07

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气泡不仅在自然界中扮演着重要角色,如海洋和河流的浪花中存在着大大小小的气泡,还被广泛应用于油气开采、矿物加工及水处理等工程技术领域,其本质主要涉及气泡间的相互作用。当两个气泡足够接近时,其间隙中的液体未能及时排出而形成一层薄液膜,或是排液至临界厚度导致气泡兼并,或是到达稳态使气泡保持稳定。这一过程与气液界面边界条件紧密相关,边界条件的变化可导致气泡排液时间增加三到四个数量级。

团队利用集成动态力测试仪(Dynamic Force Apparatus),基于光干涉法研究了不同溶液环境条件下固体表面气泡与大气泡碰撞后的液膜排液行为,明晰了气-液界面边界条件对马兰戈尼应力和剪切应力的响应规律,前者由气泡表面的表面活性剂浓度梯度引起,后者由气泡间的相对运动诱发,当两种应力处于平衡状态时,气-液界面转变为不可移动的边界条件,从而抑制了大气泡与表面气泡间的液膜薄化。进一步研究表明新生成的上升气泡可在几毫秒内与固体表面气泡合并,而当上升气泡在溶液环境中停留时间超过一定范围,气泡间的聚合会受到严重抑制,由此提出了新鲜的气-液界面是诱导快速兼并的前提,而气泡在周围流体流动环境中受到的剪切是实现其表面局部清洁的关键,这一发现可为工业工程中气泡性质调控提供一定理论指导。