Wie bewegt man eine Blase, die durch den Kapillardruck gefangen ist?

Ich habe eine Frage zum Bewegen einer eingeschlossenen Blase in einem Rohr.

Angenommen, wir haben ein horizontales Rohr mit Wasser auf jeder Seite der Blase. Der Punkt links von der Blase ist Punkt 1, während der Punkt rechts Punkt 2 ist.

Die Kapillardruckgleichung lautet: Δ P C A P = 2 ⋅ σ ⋅ C Ö S ( θ ) R

Wo θ ist der Kontaktwinkel, σ ist die Grenzflächenspannung zwischen der Gasblase und dem Wasser, während R ist der Radius des Rohres.

Da die Blase eingeschlossen ist, gehe ich davon aus, dass der Druck in Punkt 2 ( P 2 ) ist größer als der Druck in Punkt 1 ( P 1 ). Dazu muss der Kontaktwinkel zwischen Blase und Punkt 2 kleiner sein als der Kontaktwinkel zwischen Blase und Punkt 1 oder der Radius von Punkt 2 muss kleiner sein als der Radius von Punkt 1:

(1) P 2 − P 1 = 2 σ C Ö S ( θ 1 ) R − 2 σ C Ö S ( θ 1 ) R = ?

Meine Frage ist daher, wie wir diese Blase bewegen können, indem wir mehr Kraft auf die linke Seite anwenden (ich möchte sie nach rechts bewegen)? Wenn wir mehr Kraft von der linken Seite anwenden, erhöht das nicht den Druck P 2 das Gleiche wie P 1 , wegen des Kapillardrucks, so dass P 2 wird immer größer sein als P 1 (wenn nicht, ändert sich der Kontaktwinkel), und die Blase kann nicht mit mehr Druck bewegt werden?

Antworten (2)

Das Problem der festsitzenden Blase tritt auf, wenn ein statisches Gleichgewicht zwischen den Kontaktkräften der Oberflächenspannung am Umfang und den Kräften aufgrund der Druckdifferenz stromaufwärts und stromabwärts der Blase besteht. Der Gasdruck innerhalb der Blase ist gleichmäßig und liegt zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Flüssigkeitsdruck. In diesem Gleichgewichtszustand gibt es eine Flüssigkeitsströmung von stromaufwärts nach stromabwärts der Blase.

Es gibt drei Dinge, die Sie tun können, um das Gleichgewicht aus dem Gleichgewicht zu bringen und die Blase in Bewegung zu versetzen: 1. Erhöhen Sie den stromaufwärtigen Flüssigkeitsdruck. Dies führt anfänglich dazu, dass die Blasengröße abnimmt, aber schließlich wird die Kontaktoberflächenspannung kleiner als die Druckkraft. 2. Reduzieren Sie den Hinterdruck. Dadurch vergrößert sich zunächst die Größe der Blase, aber schließlich werden die Kontaktkräfte kleiner als die Druckkraft. 3. Schließlich könnten Sie dem stromaufwärtigen Flüssigkeitsstrom ein Tensid hinzufügen. Dies würde die Oberflächenspannung beim Erreichen der Blase verringern und das Gleichgewicht stören.

Es kann auch einen anderen Weg geben. Das Problem der steckengebliebenen Blase ist eines der laminaren Strömung. Wenn Sie irgendwie eine pulsierende Strömung erzeugen und die Womersly-Frequenz erreichen, wird die Strömung turbulent. Auch dies kann das Gleichgewicht aus dem Gleichgewicht bringen.

Vielen Dank für Ihre Antwort! Sie haben geschrieben, dass, wenn wir den stromaufwärtigen Flüssigkeitsdruck erhöhen, die Dubble-Größe abnehmen würde und die Druckkraft höher wäre als die Oberflächenspannung. Mein Verständnis des Kapillardrucks ist, dass er eine Druckdifferenz über einer Grenzfläche erzeugt, wo die nicht benetzende Phase den größten Druck hat. In diesem Fall ist es das Wasser.
Mein Verständnis ist, dass aufgrund des Kapillardrucks die Druckdifferenz über einer Grenzfläche immer gleich sein wird, was bedeutet, dass, wenn wir den stromaufwärtigen Druck erhöhen, der stromabwärtige Druck um den gleichen Betrag steigen würde. Ist das richtig, und wenn ja, wie kann eine Druckerhöhung diesen Effekt überwinden? (Nach Gleichung I in meiner Frage oben auf der Seite wird der Druck nach rechts immer am größten sein, wenn die Grenzflächenspannung R og θ ändert sich nicht). Eine andere Frage, die ich habe, ist, wie wir den nachgeschalteten Druck reduzieren können, wie Sie in Lösung 2 erwähnt haben? Danke.
Das empfindliche Gleichgewicht zwischen den Druck- und Oberflächenspannungskräften hängt davon ab, welcher Scherspannung die Flüssigkeitsoberfläche unter den Druckkräften standhalten kann, die die Blase verformen.
Bisher denke ich, dass Sie die Situation in Betracht ziehen, in der die Blase fast den gesamten Umfang des Rohrs überspannt. Mit dieser Annahme gibt es zwei Zustände: die Blase bewegt sich nicht und die Blase bewegt sich. Steigender Vordruck kann die Blase im statischen Zustand komprimieren, was den Kontaktwinkel zwischen Blase und Wand verändern kann. Es kann aber auch vorkommen, dass die Blase den Umfang nicht überspannt, aber stecken bleiben kann.
An einem Seitenknoten: Womersly pulsierender Fluss ist immer noch laminar. Ihre Aussage, dass die Strömung turbulent wird, ist falsch

Von einem technischen POV aus könnten Sie Schall verwenden, entweder im hörbaren oder im Ultraschallbereich, um die Haftung zu unterbrechen. Ein Wandler könnte an einem Ende der Röhre in der Flüssigkeit platziert und so angeordnet werden, dass ein Teil des Schalls entlang der Röhre wandert. Wenn das nicht möglich ist, bringen sie vielleicht einen Wandler an der Außenseite an. Allerdings alles experimentell. Eine dieser "versuchen Sie es und sehen Sie"-Antworten ohne Theorie, um sie zu untermauern.

Wie bewegt man eine Blase, die durch den Kapillardruck gefangen ist?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v