SU1124201A1 - Способ определени коэффициента поверхностного нат жени жидких сред - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕД, заключающийс  в возбуждении капилл рной волны на поверхности жидкости и определени  длины капилл рной волны, по которой вычисл ют поверхностное нат жение, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности определени , на поверхность жидкости направл ют монохроматический световой пучок, а определение длины капилл рной волны осуществл ют, измер   рассто ние между двум  максимумами освещенности в дифракционной картине на экране, расположенном параллельно поверхности жидкости.

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей , металлургической про1 1ьшшенности, а также в практике научных исследований при определении поверхностного нат жени  жидких сред (расплавов, нефтей и нефтепродуктов с добавками поверхностноактивных веществ и без них) динамическнм методом капилл рных волн.

Известен способ определени  коэффициента поверхностного нат жени  жидкостей,,заключающийс  в возбуждении распростран ющейс  капилл рной волны на поверхности жидкости и измерении скорости распространени  Ci .

Недостатком способа  вл етс  необходимость использовани  сложной стробоскопической техники дл  измерени  скорости распространени  волны.

Наиболее близок к предлагаемому способ определени  коэффициента поверхностного нат жени  жидких сред, заключакмцийс  в возбуждении капилл рной волны на поверхности жидкости и определении длины волны, по которой вычисл ют поверхностное нат жение С2 J. Капилл рные волны возбуждают с помощью вибратора, а длину волны измер ют с помощью микроскопа . Коэффициент поверхностного нат жени  расчитывают по формуле

2Т Р- ..(1)

где f - частота возбуждаемых колебаний , f- плотность жидкости, кг/м ,Л- длина капилл рной волны,м,

К недостаткам способа относитс  больша  погрешность измерени  длины волны, обусловленна  сложностью фиксировани  под микроскопом точного местоположени  максимума волны. Это приводит к большой ошибке определени  6. I

Цель изобретени  - повышение точности определени  коэффициента поверхностного нат жени .

Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу определени  коэффициентов поверхностного нат жени  жидких сред, заключающемус  в возбуждении капилл рной волны на поверхности жидкости и определении длины BOj.HK, пО которой вычисл ют поверхностное нат жение, на поверхност жидкости направл ют моМохроматический световой пучок, а определение

длины капилл рной волны.осуществл ют, измер   рассто ние между двум  максимумами освещенности в дифракцион-. ной картине на экране, расположенном параллельно поверхности жидкости .

Проведенные теоритические и экспериментальные исследовани  показывают , что бегуща  капилл рна  волна представл ет собой фазовую и дифракционную решетку, коэффициент пропускани  которой можно записать в виде

.Vo) exp{j|-s,-n((,t))} .(2)

где X( координаты точки на поверхности капилл рной волны; m - параметр, определ ющий глубину модул ции; Vg- скорость распространени 

капилл рной волны. Если на дифракционную решетку перпендикул рно ее поверхности падает плоска  светова  волна

E E exp -jM-fezj} ,(3)

где со- кругова  частота зондирующего

излучени ;

k - волновой вектор, то выражение дл  интенсивности дифрагированного излучени  в зоне дифракции можно представить в виде

)

(4)

где Я - длина волны зондирующего излучени ; Z - рассто ние от поверхности

жидкости до экрана, на котором наблюдаетс  дифракционна  картина;

. х,у - координаты точки наблюдени  на экране;

I )- функци  Бессел  q-ro пор дка;

1 - линейньй размер дифракционной решетки.

Из уравнени  (4) видно, что рассто ние между нулевым максимумом и максимумом q-ro пор дка составл ет

величину V . д / 4

. 5

С помощью этого- выражени  можно вычислить величину Л, подставив которую в формулу (I), получают 6.. ( 6) В случае справедливости выражени  (3) погрешность в определенной величине поверхностного нат жени  определ етс  погрешностью измерени  рассто ни  между нулевым и q-м максимумами . 6 Q, Измерение коэффициента поверхнос ного нат жени  жидкости проводитс  следующим образом. , На исследуем то жидкость воздейст вуют магнитострикционным вибратором , возбужда  на поверхности жидкости капилл рную волну. На возбужденную поверхность перпендикул рно или под углом направл ют монохроматический пучок . света и регистриру ют рассто ни  между дифракционньми максимумами на экране. Пример 1. Исследование поверхностного нат жени  воды. Жидкость термостатируют при 20 и 130°С и давлени  0,4 МПа. На поверхности воды под воздействием маг нитострикционного вибратора на частоте f 50 кГц возбуждаетс  капилл рка  волна. На возбужденную поверхность воды через прозрачное око шечко направл ют перпендикул рно лу гелий-неонового лазера ( 632,8 нм Дифракционна  картина наблюдаетс  на экране, помещенном на рассто нии Z 200,0 см от поверхности жид кости . Дл  воды при и нормальном давлении измеренное рассто ние между максимумами нулевого и треть го пор дков и, 6,685 см. Дл  воды при 130°С и давлени  0,4 МПа 7 ,460 см. Погрешность в определении рассто ни  у, вызвана ошибкой в измерении максимума освещенности и при использовании координаточувс вительного фотоприемника типа 1ПП921 не превышает 10 мкм. Величина поверхностного нат жени (5.10)99&,0)-Э5(Ь.Э28-10-VM. т.е. 72,75 мН/м в первом случае и 52,34 мН/м при 130°С и повышенном давлении. Относительна  погрешность в определении о в обоих случа х 4б/6 4-.10Значени  коэффициентов поверхнос ного нат жени  воды и абсолютные 1 1 .4 погрешности приведены в таблице I. Пример2. На этой же установке (f 50 кГц, Л 632,8 нм) измер лс  коэффициент поверхностного нат жени  нефтепродуктов. Однако в отличие от воды нефтепроукты , как правило.,  вл ютс  непрозрачными , поэтому дифракционнат картина наблюдалась в отраженном свёте на экране, отсто щем от поверхности жидкости на рассто нии 20.0,0см. Функци  распределени  интенсивности света на экране имеет вид ,2 со ( Л1)Ш ( z 71Z q,-e (8) Рассто ние между максимумами q -го и пор дков св зано с длиной капилл рной волны выражением: . ... .,. ..--- cv А7/А Отсюда ()ЧЛр . ё Результаты эксперимента также занесены в таблицу.. Из приведенных данных следует, что использование предлагаемого способа обеспечивает точность измерений, большую по сравнению с известными способами вплоть до трех пор дков. При использовании прототипа, когда погрешность обусловлена неспособностью регистрировать различи  между точкой максимального смещени  сто чей волны (пучностью) и точкой, в которой амплитуда смещени  составл ет 0,9 0,95 от максимальной, ошибка измерений длины капилл рной волны -Чт«resin А95 а относительна  погрешность в опре делении коэффициента поверхностного нат жени  жидкости из уравнени  (1) :ui liJ i 1- «rcsi.%0.95) (12) Дл  случа , когда измер ютс  рассто ни  между пучност ми, отсто щими друг от друга на 3 полуволны -ui-(l-4-«rcsin0.)0,1 . (13) 6 Ч JT

51124201

Значени  коэффициентов поверхностного нат жени  различных жидкостей и погрешности измеренийj полученные при измерении рассто ни  между пучност ми, отсто щими на 3 полувол- 5 ны, занесены в таблицу.

Способ удобен и непродолжителен, что обеспечивает возможность исследовани  кинетики процессов, не требует помещени  жидкости в специальные кюветы, т.е. обеспечивает возможность измерени  коэффи1шента поверхностного нат жени  как на малых, так и на больших объемах исследуемой жидкости, наход щихс  в естественных резервуарах.

Вода (t 20°С, 73,0 3 Р 0,1 МПа) Вода (t , 51 3 Р 0,4 МПа) 30 2 Нефть, скважина № 613 Арланского месторождени  26 2 Нефть, скважина N 610 Арланского месторождени  24 2 Нефть деасфальтированна , скважина № 613 Арланского местораждени  Нефть, скважина № .2219 31 2 Туймазинского К1есторождени  6,685 72,75 0,03 7,460 52,34 0,03 9,109 28,76 0,01 9,496 25,38 0,01 9,832 22,87 0,01 9,013 29,68 0,01

Claims (1)

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕД, заключающийся в возбуждении капиллярной волны на поверхности жидкости и определения длины капиллярной волны, по которой вычисляют поверхностное натяжение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, на поверхность жидкости направляют монохроматический световой пучок, а определение длины капиллярной волны осуществляют, измеряя расстояние между двумя максимумами освещенности в дифракционной картине на экране, расположенном параллельно поверхности жидкости.

   1124201 2