座滴法测量界面张力的数据处理方法与电算程序

本文提出了一种根据座滴的形状参数计算界面张力γ、接触角θ和液滴体积V的计算方法与相应的电子计算机程序。用它计算了Cu_2S的表面张力、接触角、体积和渣-锍间的界面张力。程序运算速度快,便于在微型机上运行。     

润湿性表征体系及液固界面张力计算的新方法（Ⅱ）

在有限液固界面的润湿性表征及计算方法的基础上,对比了所推出的理论计算解与Y-G—G经验方程及Y-G—G—F—V方程解之间的差异;通过润湿性试验对理论公式进行了计算验证。结果表明,除了θ=0°和θ=180°以外,所研究理论解的计算值始终大干Y—G—G方程和Y—G-G-F-V经验方程解,表明采用Y-G—G方程和Y-G-G-F-V方程计算的固体表面张力数值偏小;发现在无限液固界面润湿体系中,当接触角θ较大时,固体表面张力的变化对接触角的影响敏感,用理论方程对固相表面张力的计算具有很好的一致性,表明所推出公式能够正确反映固体表面张力的性质;而当接触角θ较小时,固体表面张力的增加对接触角的影响逐渐减弱,进入试验的“测不准”区域;接触角小于35°时,固体表面张力的增加对接触角的影响极弱,润湿性试验的误差较大。     

表面自由能模型的改进及液滴浸润数值研究

通过优化极值点位置,对表面自由能模型进行了研究和改进,改进后的模型解决了原模型中表面粒子聚集和液滴形状畸变的问题.采用移动粒子半隐式法(MPS)结合改进后的表面自由能模型,对受表面张力作用的自由面运动问题进行了研究和分析.研究了包括气液、固液和不互溶液液界面在内的表面张力收缩和液滴浸润过程,并提取了接触角及浸润面积等特征量进行分析.数值计算结果与理论分析结果吻合较好,从结果中可以明显观察到固液浸润过程的3个发展阶段,浸润速度随时间递减且与浸润接触角成反比.研究结果验证了MPS方法结合改进后的表面自由能模型可以更加有效、准确地模拟多界面张力的作用.     

接触角测试技术及粗糙表面上接触角的滞后性Ⅰ:接触角测试技术

接触角是表面物理化学中的重要参数之一。接触角测试已成为表面探测的重要技术手段,通过接触角测试可得到固液、固气界面分子相互作用的许多重要信息,诸如表面湿润性、固液界面张力、表面粗糙度、化学多相性等。本详细回顾接触角测试技术的发展历程,分析其特点,以此探讨新的实验技术。     

黑钨矿的润湿特性

黑钨矿的润湿性是各向异性的。在油酸钠或混合胺溶液中测定黑钨矿[001]面上的接触角总是大于[010]面上的接触角。这种差别可用晶格的单位面积内,各方向上断裂的氧—金属(铁或锰)键的数目不同来解释。黑钨矿表面润湿性与捕收剂溶液的液气界面张力有关。在油酸钠溶液中,黑钨矿表面的接触角大致在pH=7-8时下降。在pH=8左右油酸钠溶液的液气界面张力也相应下降,两者有一致关系。用液气界面张力和cosθ的乘积表示润湿性时,则曲线趋于平滑。     

双球冠润湿模型及润湿性能表征因子λ

根据反应实际情况建立了反应型双球冠润湿模型.利用能量最低原理,证明了所建模型与Young氏方程的一致性.通过分析,提出了用于表征反应型液固界面润湿性能的λ因子.分析结果表明,利用该因子可直接计算液固和液气二相界面张力差Δσ(Δσ=lσs-lσg)和粘附功ω.通过对模型进行进一步分析表明,利用λ值并结合1θ、2θ角的测定,可较精确地计算出液固界面张力和液气界面张力的大小,这为界面张力的计算提供了理论依据.     

插板法测表面张力公式的新证明及讨论

从力平衡的角度，建立固液接触角为零度时插板外液体的物理数学模型，推导证明液体表面形状曲线方程，然后证明固液接触角不为零度时的一般情况，为测量依据公式提供一种新的证明方法，最后，通过讨论得出３点有意义的结论。（１）对于一定的液体，不同材料插板 起液体上升的实际高度不同，但最高固液接触点都落在同一曲线上。（２）可以通过测量直线距离代替接触角的作测，以提高表面张力的精度。（３）由直线距离测量所得表面张力     

基于界面相互干扰能分析法的二乙醇胺水溶液自发浸润聚偏氟乙烯疏水微孔膜的机理研究

通过van Oss范德华表面张力拟合法,拟合出了聚偏氟乙烯（PVDF）疏水微孔膜和润湿PVDF膜的各界面张力,证实了表面活性剂的吸附入侵机理同样适用于二乙醇胺（DEA）溶液浸润PVDF膜。通过吸附实验和HyperChem软件的分子优化推算出了DEA分子在固液界面的相互干扰能,利用Hamaker算法计算了DEA分子与PVDF膜的相互干扰能。结合DEA分子的固液、固气相互干扰能和Starov界面吸附常数方程,定量计算出了DEA分子在PVDF膜上的固气界面吸附常数几乎为0,即DEA分子在自发浸润过程中吸附在固气表面的可能性极小,从而证实了DEA溶液缓慢浸润PVDF疏水微孔膜的机理是由于固液界面吸附导致固液界面张力下降而引起的液气界面附加压力反向。从相互干扰能的角度研究了润湿现象,并基于所得机理提出了抵抗润湿的方法。     

接触角测试技术及粗糙表面上接触角的滞后性Ⅱ：粗糙不锈钢表面接触角的滞后性

应用躺滴法结合CCD数字影像技术研究粗糙不锈钢表面上的接触角滞后现象.结果表明:随表面粗糙度的增加,前进接触角增大,后退接触角减小,滞后性增加,且以90°的Young接触角为界,前进接触角和后退接触角随表面粗糙度的变化趋势不同;同时滞后性随液相表面张力的增加而增强.这些实验结果和观察与此前提出的滞后张力模型预测一致,实际表面接触角滞后现象的研究对于推动气液相变的诸多子过程的深入理解具有十分重要的意义.     

不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对其蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在倾斜不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)时固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对其蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在倾斜不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)时固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

等离子熔积成形混相瞬态场的Level-Set方法模拟

提出了一种二维等离子熔积成形瞬态模型，该模型描述了液／气界面的自由表面发展，并模拟了熔池内流体流动和传热．采用Level—Set方法处理液／气界面边界条件，考虑了熔体流动的主要驱动力——表面张力梯度、表面曲率、浮力以及工件表面的对流散热等因素．用固液相统一模型来描述固／液界面处的熔融和凝固过程，并开发了相应的软件．对高温合金K163在不同扫描速度下的熔积层表面形貌、温度场以及熔池内流场进行了模拟分析．     

陇东致密油藏低界面张力及高接触角助排剂的研发及应用

针对长庆油田陇东致密油藏储层特点和压裂施工工艺要求,选用16碳链长度的阳离子型表面活性剂与非离子型氟碳表面活性剂复配,研发了低表界面张力的助排剂CQZP-1。优化后的助排剂,采用K100表界面张力仪测试表面张力结果为22.130 m N/m;SVT20N旋转界面张力仪测试该助排剂的界面张力值低至0.024 m N/m;DSA100视频光学接触角测量仪测得其与天然岩心间的接触角高达83.6°;并且具有一定的耐盐能力和热稳定性。2015年,在陇东致密油藏开展了206口井239层现场试验与应用。与同区块使用常规助排剂CF-5D的油井相比,现场返排液接触角较大,表界面张力减小,一次放喷率提高10%。     

不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程的特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在相变换热装置倾角不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)状态下固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

十六烷基三甲基溴化铵和3种十二烷基阴离子表面活性剂复配驱油体系的性能

研究3种不同亲水基结构的阴离子表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠(sodium alkyl benzene sulfonate,ABS)、十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)、十二烷基羧酸钠(sodium dichloroisocyanurate,SDC)）与阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵(cetyltriethyl ammonium bromide,CTAB))的复配体系的性能,考察复配体系的相容性、泡沫量、泡沫稳定性、接触角、表面张力和界面张力.研究结果表明,阴阳离子复配体系在摩尔比接近1∶1时,整个体系的泡沫性能下降,表面张力和界面张力趋于最大值,接触角趋于最小;在SDC-CTAB体系中,当w(CTAB)=10%~30%时,复配体系和胜利油田的原油形成超低界面张力.     

表面活性剂对气体水合物界面张力的影响

表面活性剂能够减小液体的表面张力以及两相液体间的界面张力,界面张力的减小有利于促进气体水合物快速形成和提高水合物储气能力.为定量研究两相液体间界面张力对气体水合物形成的影响,用界面张力仪实测不同温度时蒸馏水、HCFC-141b的表面张力以及HCFC-141b/蒸馏水、HCFC-141b/十二烷基硫酸钠溶液(0.247%)、HCFC-141b/十二烷基磺酸钠溶液(0.245%)、HCFC-141b/十二烷基苯磺酸钠溶液(0.057 6%)的界面张力,测试结果表明,表面活性剂对降低两相液体间界面张力的作用十分明显,其中十二烷基苯磺酸钠溶液对降低界面张力最为突出,降到HCFC-141b/蒸馏水界面张力值的9%左右,为定量研究气体水合物等优选表面活性剂提供了科学的依据.     

添加表面活性剂KP法蒸煮液的渗透性能研究

采用不同种类的表面活性剂,加入到KP法蒸煮液中,测定蒸煮液的表面张力、粘度和在载玻片上的接触角,并计算出粘附功降低因子和粘附功,得出表面活性剂对蒸煮液润湿性能的改善效果,再用称重法测定蒸煮液对木片、竹片的渗透能力。结果表明,添加了表面活性剂的蒸煮液,表面张力和在同一表面上的接触角降低,润湿效果改善,粘附功、粘附功降低因子和润湿性因子都减小,对木片、竹片的渗透增重百分比均比未加表面活性剂的蒸煮液高。     

离心式固液两相流泵扬程的改进算法

为推导出改进的两相流泵的扬程计算公式,分析了离心式固液两相流泵泵内的固相颗粒的运动,对其进行受力分析并建立固体颗粒运动方程,继而得出了固相影响因子的表达式,并利用余刚等人所总结的经验系数,对固相影响因子进行求解.该公式表达形式上较传统离心式固液两相流泵的扬程计算公式更为简捷,更有利于工程推广.通过与参考文献中提供实测数据对比分析,该计算公式所计算扬程与实测值规律吻合,且误差基本在1.2%内,计算出的浆体扬程准确度高,相对误差很小且稳定,表明所推导的离心式固液两相流泵计算方法具有一定的工程实用价值.     

伴有相变的热传导焓式有限元法

本文应用热力学能量方程，推导出一种伴有相态变化的热传导焓式有限元求解公式。该方法的主要思路是在整个区域（包括液相、固相及两相界面）建立一个统一方程，用有限元法直接离散热焓场，利用数伍方法求出热焓分布，然后根据热烙与温度之间的关系确定温度场和两相界面。通过对铸件凝固过程分析证明了该方法的正确性。     

反应型液固界面润湿性的数学表征

用热力学参数构建了润湿角θ与反应型液固界面各相性质及温度的数学关系，简明地将润湿角θ与液固相材料性质之间的内在关系连系在一起，解释了异种材料在钎焊、复合过程中的现象和事实．计算结果与实验值相符