Розробка удосконалених методик і приладу для вимірювання поверхневого натягу рідин і розчинів методом лежачої краплі - Автореферат

ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИН І РОЗЧИНІВ МЕТОДОМ ЛЕЖАЧОЇ КРАПЛІРобота виконана на кафедрі “Методи та прилади контролю якості і сертифікації продукції” Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник:доктор технічних наук, професор Кісіль Ігор Степанович, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, завідувач кафедри “Методи та прилади контролю якості і сертифікації продукції”. Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Горбійчук Михайло Іванович, професор Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу, кандидат технічних наук, доцент Теплюх Зеновій Миколайович, доцент національного університету “Львівська політехніка”. Захист відбудеться “03” липня 2003р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д20.052.03 при Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу (вул.Поверхневий натяг визначає питому вільну поверхневу енергію рідини на межі контакту рідина - оточуючий газ і є тим параметром, значення якого у багатьох випадках (газовидобування, хімічна промисловість, фармацевтична та інші галузі народного господарства) є визначальним. Особливо важливу роль відіграє поверхневий натяг у таких технологічних процесах, де використовуються розчини ПАР, наприклад, при інтенсифікації видобування газу, при виготовленні миючих засобів, при розробці і виробництві поверхнево-активних речовин різних функціональних призначень. Наявність досконалих приладів для вимірювання поверхневого натягу дозволяє підтвердити отримані теоретичні результати з одного боку, а також, з врахуванням конкретних властивостей рідкої і газової фаз і умов їхнього контакту, експериментально дослідити поведінку цих фаз шляхом одержання динамічних залежностей і рівноважних значень з іншого боку. розроблено програмне забезпечення мовою Visual C , яке дозволяє керувати процесом вимірювання поверхневого натягу приладом ВПНО-1, здійснювати запамятовування контурів лежачої краплі, проводити подальшу обробку цих контурів із визначенням значень поверхневого натягу і представленням результатів у необхідній формі; Автором проаналізовані існуючі методики та прилади для вимірювання поверхневого натягу рідин і розчинів методом лежачої краплі; сформована мета і задачі досліджень; проаналізований процес утворення лежачої краплі; розроблено методику розрахунку геометричних параметрів лежачої краплі, виконано розрахунок і проаналізовано отримані результати; розроблено і теоретично обґрунтовано методики вимірювання поверхневого натягу рідин на основі значень радіусів кривизни капілярної поверхні у точках, що належать профілеві краплі та на основі її екваторіального діаметра і площі профілю краплі від екваторіального діаметра до її вершини; удосконалено модель утворення тіньового зображення лежачої краплі; розроблена структурна схема приладу для вимірювання поверхневого натягу рідин; розроблена методика оцінки методичних похибок відомих і запропонованих методик вимірювання поверхневого натягу; розроблено прилад ВПНО - 1 для вимірювання поверхневого натягу рідин згідно із удосконаленими методиками; здійснено метрологічних аналіз приладу ВПНО-1.Значна увага приділена аналізу відомих методів вимірювання ПН на межі контакту чистих рідин, розчинів ПАР із повітрям і показано, що для вимірювання ПН у діапазоні його зміни від 15 до 75 МН/м, що має місце у реальних умовах і системах, можна використовувати метод лежачої краплі, який базується на вимірюванні геометричних параметрів лежачої краплі - краплі рідини, що сформована на горизонтальній пластині або верхньому торці вертикально встановленого товстостінного чи ножового (із загостреною кромкою) капіляра. Автоматизація такого процесу вимірювання поверхневого натягу ускладнена трудністю забезпечення повної осесиметричності лежачої краплі, а також абсолютної горизонтальності основи, на якій формується краплі. Розглянуті варіанти методу лежачої краплі представляють собою шляхи реалізації задачі, метою якої є: отримання із експерименту мінімального числа вимірюваних величин, за допомогою яких можна було б записати додаткові краєві умови і забезпечити цим однозначний розвязок задачі - отримання капілярної постійної , а значить, і поверхневого натягу s. Одержання математичного опису процесу формування лежачої краплі базується на відомому рівнянні капілярності Лапласа та аналізові геометричних параметрів краплі. У результаті отримано наступну систему рівнянь, розвязок якої дає набір площинних координат точок, які характеризують меридіанний переріз краплі: (1) де - кут нахилу дотичної до профілю лежачої краплі у даній точці; - довжина дуги профілю краплі від омболічної точки до розглядуваної; - відповідно горизонтальна і вертикальна координати точки профілю; - капілярна постійна; - різниця густин краплі і навколишнього повітря; - гравітаційна стала.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ