PL110104B1 - Method and apparatus for determining wettability of solids by liquids - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznacza¬ nia zwilzalnosci cial stalych dowolnymi cieczami w obecnosci dowolnych gazów oraz urzadzenie do wyznaczania zwilzalnosci cial stalych cieczami.Jednym ze zjawisk fizycznych wystepujacych w szeregu zagadnieniach technicznych jest zwilzanie powierzchni cial stalych przez ciecze. Zachodzi ono, miedzy innymi, przy • zmianach fazowych ta¬ kich jak: wrzenie, odparowanie w strugach i kro¬ plach, kondensacja kroplowa. Prezycyjne okres¬ lenie warunków hydrodynamicznych i wymiany ciepla wymaga dokladnej znajomosci warunków zwilzania powierzchni.Zwilzalnosc w warunkach równowagi okresla sie zwykle przez kat zwilzenia wynikajacy z kla¬ sycznego modelu Younga, bioracego pod uwage uklad napiec powierzchniowych na granicy 3 faz.Napiecie powierzchniowe na granicy cialo stale— ciecz i cialo stale—para sartrudne a czasem wrecz niemozliwe do wyznaczenia w warunkach tech¬ nicznych.W literaturze stabelaryzowane sa wartosci na¬ piecia powierzchniowego ciecz—para oraz orienta¬ cyjne wartosci kata zwilzania, charakterystyczne dla poszczególnych ukladów trójfazowych. Wiel¬ koscia bezposrednio zwiazana ze zwilzaniem cial stalych jest tzw. krytyczne napiecie na powierzch¬ ni ciala stalego. Wielkosc te wyznacza sie po¬ srednio poprzez zwilzanie powierzchni ciala sta¬ lego dowolnie wybranymi cieczami o róznym na¬ pieciu powierzchniowym w obecnosci par tych cieczy lub dowolnie wybranego czynnika gazowe¬ go stanowiacego trzecia faze. Wartosc napiecia powierzchniowego cieczy calkowicie zwilzajacej badana powierzchnie, to znaczy tworzacej kat zwilzania równy zero, nazwano krytycznym na¬ pieciem powierzchniowym. Jest to wartosc umow¬ na charakteryzujaca dana powierzchnie w obec¬ nosci okreslonego czynnika gazowego. W oparciu o te wartosc sporzadza sie charakterystyki zwil¬ zalnosci powierzchni. Wedlug dotychczasowego stanu techniki wartosc ac wyznacza sie metoda chemiczna przy uzyciu wielu cieczy chemicznie czystych o róznym napieciu powierzchniowym.Znana metoda jest wysoce pracochlonna i kosz¬ towna a uzyskane przy jej uzyciu wyniki sa nie¬ zbyt dokladne.Wynalazek ma na celu usuniecie tych niedo¬ godnosci.Sposób wedlug wynalazku opiera sie na wyko¬ rzystaniu zachowania sie kropli na plaskiej po¬ wierzchni nachylonej do poziomu. Krople cieczy umieszcza sie na plaskiej plytce nieznacznie na- 25 chylonej do poziomu,' po czym zwieksza sie kat nachylenia plytki do takiej wielkosci, przy której rozpoczyna sie zsuwanie sie kropli ruchem ro¬ baczkowym. Z pomierzonej szerokosci i dlugosci zdeformowanej kropli oraz kata pochylenia plytki 30 wyznacza sie napiecie krytyczne z zaleznosci: 15 20 1101043 110104 4 oc : 2 Vcg sin a jt W go, zwi gdzie: V — objetosc kropli, q — gestosc cieczy, a — kat nachylenia próbki, W — szerokosc zde¬ formowanej kropli.Zgodnie z wynalazkiem urzadzenie do wyzna¬ czania zwilzalnosci sklada sie z dwuczesciowego pojemnika. Czesc dolna pojemnika wykonana z metalu w postaci zbiornika zaopatrzonego w urza¬ dzenie grzejne, sluzy jako wytwornica pary.Czesc górna pojemnika w postaci zbiornika cy¬ lindrycznego wykonanego ze szkla ognioodporne- Jtuzy. do. przepri^dzania obserwacji procesu :anisr Daaanej^pTytJu. Górny zbiornik jest za¬ mkniety pokrywa, w lltórej jest umieszczony ter- mome^^waiernjik if jwycechowany kroplomierz (kroplomierz moze byq wprowadzony przez otwór wzierinflcaX"*oraz przewód odprowadzajacy pare.Wziernik jest wyposazony w przyrzady optyczne pozwalajace na dokladna obserwacje zsuwajacej sie kropli i odczytywania szerokosci zdeformowa¬ nej kropli. Próbke badanego ciala stalego zamo- cowuje sie na plytce umieszczonej w górnym zbiorniku. Jeden koniec plytki jest umocowany na zawiasach, drugi jest wsparty na suporcie umozliwiajacym zmienianie w sposób kontrolowa¬ ny kata nachylenia próbki wzgledem poziomu.Zbiornik jest zaopatrzony w urzadzenie grzejne i termometr do mierzenia temperatury w jego wnetrzu.Metoda wedlug wynalazku pozwala na wyzna¬ czanie zwilzalnosci dowolnych cial stalych dowol¬ na ciecza w obecnosci pary tej cieczy lub dowol¬ nego innego czynnika gazowego (np. zwilzanie metali olejami w obecnosci wodoru).Wynalazek jest dokladniej objasniony na przy¬ kladzie w zwiazku z rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy urzadzenia do wy¬ znaczania zwilzalnosci metali woda w srodowisku pary wodnej, a fig. 2 — szczegól A z fig. 1 w powiekszeniu.Sposób wedlug wynalaziku wykorzystano do wyznaczenia zwilzalnosci miedzi woda w atmosfe¬ rze i powietrzu, dwutlenku wegla, pary wodnej i freonu 22.Jak pokazano na fig. 1, górny zbiornik 1 ma ruszt 2 ze szczelinami, nad którym jest umiesz¬ czona plytka 3 wykonana z badanego metalu. Pra¬ wy koniec plytki 3 jest wsparty na suporcie, któ¬ rego szczególy konstrukcyjne nie zostaly pokazane na rysunku. Zbiornik 1 jest zaopatrzony w ter¬ mometr 4.Zbiornik 1 jest ustawiony bezposrednio na zbiorniku 5 stanowiacym wytwornice pary. W dol- 5 nej czesci zbiornika 5, wypelnionej woda, znajdu¬ je sie grzalka 6 i termometr 7. Ponadto zbiornik 5 jest zaopatrzony w przewód 8 doprowadzajacy wode, natomiast górny zbiornik 1 jest zaopatrzony w przewód 9 odprowadzajacy pare. io Po ogrzaniu wody do wymaganej temperatury kat a pochylenia plytki 3 ustawia sie tak, aby uzyskac zsuwanie sie kropli po powierzchni. Sred¬ nia objetosc kropli 10 wyznacza sie , przy pomocy cechowanego kroplomierza, a szerokosc zdeformo- 15 wanej kropli 10 z bezposredniego pomiaru. Na¬ stepnie wyznacza sie wartosc napiecia krytyczne¬ go. Celem przeprowadzenia badan zwilzania da¬ nej powierzchni cieczami w obecnosci dowolnych gazów, nalezy przewód 8 doprowadzajacy ciecz 20 i przewód 9 odprowadzajacy pare traktowac jak wlot i wylot danego gazu.Urzadzenie moze miec zastosowanie jako pod¬ stawowy przyrzad w laboratorium inzynierii ma¬ terialowej oraz laboratorium fizykochemii ciala as stalego.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wyznaczania zwilzalnosci cial stalych cieczami w obecnosci czynnika gazowego, zna- 30 mienny tym, ze krople cieczy umieszcza sie na plaskiej plytce nieznacznie nachylonej do poziomu a nastepnie zwieksza sie kat nachylenia plytki do wielkosci, przy której rozpoczyna sie zsuwanie sie kropli ruchem robaczkowym, po czym z po- 35 mierzonej masy kropli, szerokosci i dlugosci zde¬ formowanej kropli oraz kata pochylenia plytki wyznacza sie napiecie krytyczne ac na powierzch¬ ni badanej plytki zwilzonej badana ciecza w obecnosci badanego gazu. 40 2. Urzadzenie do wyznaczania zwilzalnosci cial stalych, posiadajace wytwornice pary badanej cie¬ czy oraz zespól kontrolno-pomiarowy, znamienne tym, ze posiada dwuczesciowy pojemnik sklada¬ jacy sie ze zbiornika (5) stanowiacego wytworni- 45 ce, bezposrednio na którym to zbiorniku (5) jest osadzony zbiornik (1) zamkniety pokrywa z wziernikiem, w której to pokrywie jest umiesz¬ czony termometr (4) oraz przewód (9) odprowa¬ dzajacy pare, natomiast w dnie zbiornika (1) znaj- 50 duje sie ruszt (2), na którym jest umieszczona badana plytka (3) o zmiennym kacie nachylenia.110104 Fig.1 Szczegól-WA" 3 ^ Fig.2 PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wyznaczania zwilzalnosci cial stalych cieczami w obecnosci czynnika gazowego, zna- 30 mienny tym, ze krople cieczy umieszcza sie na plaskiej plytce nieznacznie nachylonej do poziomu a nastepnie zwieksza sie kat nachylenia plytki do wielkosci, przy której rozpoczyna sie zsuwanie sie kropli ruchem robaczkowym, po czym z po- 35 mierzonej masy kropli, szerokosci i dlugosci zde¬ formowanej kropli oraz kata pochylenia plytki wyznacza sie napiecie krytyczne ac na powierzch¬ ni badanej plytki zwilzonej badana ciecza w obecnosci badanego gazu. 40
2. 2. Urzadzenie do wyznaczania zwilzalnosci cial stalych, posiadajace wytwornice pary badanej cie¬ czy oraz zespól kontrolno-pomiarowy, znamienne tym, ze posiada dwuczesciowy pojemnik sklada¬ jacy sie ze zbiornika (5) stanowiacego wytworni- 45 ce, bezposrednio na którym to zbiorniku (5) jest osadzony zbiornik (1) zamkniety pokrywa z wziernikiem, w której to pokrywie jest umiesz¬ czony termometr (4) oraz przewód (9) odprowa¬ dzajacy pare, natomiast w dnie zbiornika (1) znaj- 50 duje sie ruszt (2), na którym jest umieszczona badana plytka (3) o zmiennym kacie nachylenia.110104 Fig.1 Szczegól-WA" 3 ^ Fig.2 PL