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發布時間: 2019-09-06
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影響泡沫穩定性的另一個重要的因素是液膜厚度,消泡就是使泡沫的全部或部分液膜的厚度降低到其臨界值而實現的。泡沫排液使泡沫的持液量降低,液膜厚度變薄,有利于泡沫穩定性降低,從而實現消泡。
泡沫排液是一個復雜的流體力學過程,受多種因素共同控制。泡沫排液的速率取決于以下各方面:泡沫體系的流體力學參數,例如三個氣泡交匯處的普朗特邊界層的形狀和大小;吸附的表面活性分子的種類不同造成的氣液界面性質的變化;氣泡間聚并引起的內部泡沫的破壞速率;泡沫中的液體沿普朗特邊界的排液使毛細管壓力增高,從而導致氣泡間聚并加快并使得泡沫主體內部形成空洞。
最早鳳谷消泡技術團隊研究了了“通道主導泡沫排液模型”,這個模型假設普朗特邊界管道的管壁是無限剛性的,所有的壓力損失均發生在普朗特邊界中,在節點處的壓力損失可以忽略不計。根據模型得到泡沫排液速度 u (m/s)如公式(1.7)所示
其中 Cr (m2)為 Plateau 邊界層的橫截面積;
ρL(kg/m3)為液體的密度;
μ(Pa·s)為液體的粘度;
g (m/s2)為重力加速度。
后來研究者認為普朗特邊界無限剛性的假設是不合理,Koehler 等人提出了“節點主導泡沫排液模型”,放松了對管壁無限剛性的假定,并強調節點對壓力損失的貢獻。實際上,在普朗特邊界層和節點處均存在壓力損失,Stevenson在此基礎上分析影響泡沫排液速率的因素,利用無因次量綱分析方法將這些因素進行關聯,得出了表觀排液速率 jd (m/s)的表達式:
其中 rb (mm)為氣泡的半徑;
ε(%)為泡沫的持液量;
m、n 為表征泡沫流動特性的無量綱系數。
由此可知,改變物系性質參數如液體粘度、操作條件如氣速以及設備參數如分布器孔徑可以影響泡沫排液。