,

,

,

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.


Ключевые слова

поверхностное натяжение, межфазная поверхность, объемная концентрация, скомпенсированная связь, межмолекулярное взаимодействие


Библиографический список

 1. Исаченко  В.П.  Теплообмен  при  конденсации. М.: Энергия, 1977.

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.

DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-40-47

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.