Методика расчета поверхностного натяжения на границе раздела фаз вода – смесь водяного пара и фторуглеродного газа
Аннотация
Представлена методика расчета поверхностного натяжения на межфазной границе вода – смесь водяного пара и фторуглеродного газа, базирующейся на ранее опубликованных аналитических методах расчета поверхностного натяжения для простых однокомпонентных систем жидкость – пар. Рассмотрена задача, связанная с межмолекулярным взаимодействием поверхностных молекул жидкости, пара той же физической природы и молекул поверхностно-активных веществ. Полученное аналитическое соотношение для расчета поверхностного натяжения на границе раздела фаз вода – смесь водяного и фторуглеродного паров является функцией температуры и концентрации фторуглеродного газа в смеси, и это верно для любых размеров молекул. Используя принципы минимума потенциальной энергии на межфазной поверхности, максимума межмолекулярного взаимодействия для веществ разной физической природы и рассчитав число степеней свободы молекул компонентов смеси, предложен способ определения взаимной ориентации молекул жидкости и поверхностно-активного вещества вблизи межфазной поверхности. Создан программный модуль расчета поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Получены прогнозируемые расчетные значения поверхностного натяжения на границе раздела фаз вода – смесь водяного пара и фторуглеродного газа. Численно установлено, что ориентация молекул в поверхностном слое воды и мономолекулярном слое смеси может значительно менять поверхностное натяжение смеси во всем диапазоне исследуемых температур и концентраций поверхностно-активных веществ. Так, симметричные молекулы SF6 мало влияют на поверхностное натяжение смеси, а длинные молекулы C3F8, C4F10 ориентируются перпендикулярно к межфазной поверхности, и поверхностное натяжение может при этом меняться в несколько раз. Численный эксперимент показал, что это происходит также из-за значительной адсорбции молекул C3F8, C4F10 на межфазной поверхности. Например, при объемной концентрации C3F8 вдали от межфазной поверхности, равной 0,05, возникает объемная концентрация C3F8 на межфазной поверхности ≈ 0,4. Отмечено, что созданная методика расчета требует проверки, а результаты расчета являются предварительными и должны быть согласованы с имеющимися и новыми экспериментальными данными.
Литература
2. Солодов А.П., Ежов Е.В. Модель струйной конденсации // Теплоэнергетика. 1984. № 3. С. 32—35.
3. Стойлов Ю.Ю. Колебания жидкостей при испарении и парадоксы испалляторов // УФН. 2000. Т. 170.№ 1. С. 41—56.
4. Ежов Е.В. Коэффициент поверхностного натяжения для веществ фторуглеродного состава // Повышение эффективности энергетического оборудования — 2013: Сб. материалов VIII Междунар. науч.- практ. конф. М.: Изд-во МЭИ, 2013. Т. 2. С. 450—459.
5. Ежов Е.В. Расчетная модель поверхностного натяжения веществ фторуглеродного состава // Вестник МЭИ. 2014. № 4. С. 11—15.
6. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979.
7. Сычев В.В. Сложные термодинамические системы. М.: Изд. дом МЭИ, 2009.
8. Хайдаров Г.Г., Хайдаров А.Г., Машек А.Ч. Физическая природа поверхностного натяжения жидкости // Вестник Санкт-Петербургского ун-та. 2011. Сер. 4. Вып. 1. С. 3—8.
9. Лозовский Т.Л., Семенюк Ю.В., Железный В.П. Поверхностное натяжение смесевых хладагентов и растворов хладагент – масло. Эксперимент и методы прогнозирования. Ч. 2. Методика прогнозирования поверхностного натяжения галоидопроизводных хладагентов // Холодильная техника и технология. 2009 № 2 (118). С. 27—36.
---
Для цитирования: Ежов Е.В., Охотин В.С., Тарасов П.В., Кузнецов В.Н. Методика расчета поверхностного натяжения на границе раздела фаз вода – смесь водяного пара и фторуглеродного газа // Вестник МЭИ. 2017. № 5. С. 40—47. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-40-47.
#
1. Isachenko V.P. Teploobmen pri Kondensatsii. M.:Energiya, 1977. (in Russian).
2. Solodov A.P., Ezhov E.V. Model' Struynoy Kondensatsii. Teploenergetika. 1984;3:32—35. (in Russian).
3. Stoylov Yu.Yu. Kolebaniya Zhidkostey pri Isparenii i paradoksy ispallyatorov // UFN. 2000. T. 170. № 1. S. 41—56. (in Russian).
4. Ezhov E.V. Koeffitsient Poverhnostnogo Natyazheniya dlya Veshchestv Ftoruglerodnogo Sostava. Povyshenie Effektivnosti Energeticheskogo Oborudovaniya — 2013: Sb. Materialov VIII Mezhdunar.Nauch.-prakt. Konf. M.: Izd-vo MPEI, 2013;2:450—459.(in Russian).
5. Ezhov E.V. Raschetnaya Model' Poverhnostnogo Natyazheniya Veshchestv Ftoruglerodnogo Sostava. Vestnik MPEI. 2014;4:11—15. (in Russian).
6. Adamson A. Fizicheskaya Himiya Poverhnostey. M.: Mir, 1979. (in Russian).
7. Sychev V.V. Slozhnye Termodinamicheskie Sistemy. M.: Izd. Dom MPEI, 2009. (in Russian).
8. Haydarov G.G., Haydarov A.G., Mashek A.Ch. Fizicheskaya Priroda Poverhnostnogo Natyazheniya Zhidkosti. Vestnik Sankt-Peterburgskogo Un-ta. 2011;4;1:3—8. (in Russian).
9. Lozovskiy T.L., Semenyuk Yu.V., Zheleznyy V.P. Poverhnostnoe Natyazhenie Smesevyh Hladagentov i Rastvorov Hladagent-Maslo. Eksperiment i Metody Prognozirovaniya. Ch. 2. Metodika Prognozirovaniya Poverhnostnogo Natyazheniya Galoidoproizvodnyh Hladagentov. Holodil'naya Tekhnika i Tekhnologiya. 2009;2(118):27—36. (in Russian).
---
For citation: Ezhov E.V., Okhotin V.S., Tarasov P.V., Kuznetsov V.N. A Procedure for Calculating the Surface Tension at the Water to Steam-and-Fluorocarbon Gas Interface. MPEI Vestnik. 2017; 5:40—47. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-40-47.
