Cu toate acestea, orice presiune va duce la o schimbare în raza bulei. O presiune mai mare - mai mică decât raza, presiune mai mică - mai mult gama. Acesta este - un balon „moale“, el simte presiunea externă. Creșterea presiunii externe, acesta poate fi comprimat.
Pentru a face argumentele noastre au câștigat o măsură cantitativă, estimăm raza bulei, care este comprimat de presiunea Laplace, egală cu extern. O astfel de bule este ca o graniță între „soft“ și „hard“ bule. În cazul în care presiunea externă este egală cu presiunea atmosferică, atunci
Astfel, bulele „hard“ in apa - acestea sunt raza este mult mai mică decât un micrometru, iar „soft“ - cei a căror rază este micrometri mult mai mare.
„Soft“ și bule de „hard“ nu numai variază în dimensiune. Se pare că, în multe situații reale pe care le găsesc diferite proprietăți și comportament diferit.
Pentru balon „moale“, atunci când presiunea Laplace poate fi neglijată, rezultă din formula principală. Acest lucru înseamnă că, atunci când cele două bule „soft“ se vor adăuga volumele lor, așa cum a rezumat numărul de molecule de gaz. Din această situație apar două consecințe importante.
În primul rând, aceasta înseamnă că cantitatea de bule format este egal cu suma volumelor unite.
În al doilea rând, se pare că cele două sunt unite de suprafață cu bule mai mică decât cea pe care a avut înainte de combinare. Într-adevăr, starea volumului în cazul în care cele două bule cu raze și mijloace
Această ecuație poate fi rescrisă într-o formă diferită:
Este în această inegalitate și oferă o justificare de asociere energetică bule „soft“: energia gazului captat nu se schimbă, și energia de suprafață aferente scade. Așa că energia totală în procesul de fuziune este redus - fuziunea de bule „moi“ energic favorabile.
Acum fuziunea „hard“ bule. Pentru ei de formula de master ar trebui să fie. Acest lucru înseamnă că, la confluența acestor bule nu este rezumată volumele și suprafețele lor:
Volumul bulei totală trebuie să depășească suma volumelor bule condensate:
Concluzie: la confluența cu bule de suprafață „tare“, și, prin urmare, energia suprafeței rămâne neschimbat. S-ar părea că nu au nimic să se unească. Există, cu toate acestea, justificarea bulelor solide de fuziune. Acesta se află în faptul că fuziunea de bule însoțită de expansiune a gazului.
4. bule de gaz în apropierea limitei dintre fluide
cu bule de gaz care trece prin limita dintre lichidele - participant foarte important în multe procese. Aici este un exemplu de astfel de proces. Topiți la metal a fost o înaltă calitate, amestecat cu grijă, topitura este trecut prin bulele de gaz lichid. Produce, cum se spune oțelari barbotare se topesc. Sub formă de bule și gazul trece prin stratul de metal și prin stratul de zgură topită situată pe acesta. Și între straturile - frontiera, și bulele de gaz trebuie să-l depășească. este foarte important să se cunoască legile acestui proces metalurgic.
Încercați mai întâi să ne imaginăm soarta unei bule de gaz de rază R, aranjate în fluidul de jos în apropierea limitei dintre fluidele superioare și inferioare. Pentru a facilita sarcina noastră de a simplifica și va presupune că densitatea de lichide sunt aceleași și sunt egale și, prin urmare, flotabilitatea fluidului nu depinde de soiul. Să presupunem mai întâi că granița dintre lichid rămâne plat atunci când balonul încearcă să treacă prin ea. Lichidele diferiți coeficienți de tensiune de suprafață și o delimitare între ele caracterizat prin coeficientul de tensiune superficială.
cu bule de gaz sau trece frontiera, sau întârziată în străinătate și vor fi lăsați acolo.
Soarta unei bule de gaz va fi determinată de acțiunea comună a trei forțe. Enumerăm și să evalueze aceste forțe. Unul dintre ei - plutitor forță - datorită unei scăderi în energia potențială a unei bule pop-up. Cea de a doua forță se datorează faptului că trecerea prin limita bulei este însoțită de dispariția suprafeței limita, și, prin urmare valoarea reducerii de energie a sistemului de lucrări în zona acestei suprafețe. A treia forță este determinată astfel încât atunci când se deplasează dincolo de limita bulei variază raportul dintre suprafața de balon, în care tensiunea de suprafață și coeficienții sunt diferiți. În acest caz, desigur, schimbă energia de suprafață asociată cu întreaga suprafață a bulei.
Pentru a evalua aceste forțe, vom proceda după cum urmează: a aranja bula la interfața, astfel încât vârful său îndepărtat de la graniță la o distanță h (a se vedea figura 3). Apoi, trecerea bulei până la o distanță și se calculează ceea ce se întâmplă cu schimbarea celor trei termeni menționați de energie asociate cu bula la frontieră. Amintindu-ne că schimbarea de energie este egal luată cu semnul opus al produsului a forței care acționează pe calea (în acest caz), este ușor de a găsi noi interesant puterea. Și apoi, adăugând toate cele trei forțe, vom găsi pe cel care determină soarta bulei.
Figura 3 Schema a unei limite plată între lichidele „înțepat“ balon suflat
Scăderea în energia potențială a balon atunci când acesta este deplasat pe același
Aceasta - prima forță.
Reducerea energiei frontiera asociată cu dispariția unei părți a limita determinată prin formula
Modificarea acestei valori în timpul tranziției de la h k (presupunând) este egală și, prin urmare,
Aceasta - a doua forță.
Energia, în care - o veziculă suprafață delimitată de lichid superior; după bule valoarea de offset pentru a schimba și, astfel,
Aceasta - a treia forță.
Acum putem scrie forța care acționează pe bubble, situată la frontiera:
Bule opri plutitoare atunci când F = 0, adică. E. În timpul
Și se întâmplă exact la granița cu condiția. Din această condiție (în cazul), care rămâne pe frontieră pot bule a căror rază este mai mică decât o anumită valoare critică:
Formula care rezultă din calculele noastre, pot fi obținute prin utilizarea numai considerentele dimensiunilor.
Astfel, formula ESG discuta.
Când puteți găsi că.
În acest caz, R * <0 и граница должна быть проницаема для пузырьков любого размера. Если же , то всегда R*> O, spune pentru metale J / m2. J / m2 și, prin urmare, m. Acest lucru înseamnă că la frontieră blocat mm și bule mai mici.
Dar calcul elementar poate fi legată de realitate, numai în cazul în care abordarea limita bulei este însoțită de mai jos descoperire de balon în contact cu lichidul stratul superior. O astfel de situație este reală. În multe cazuri, cu toate acestea, realitatea este mult mai complicată în schema noastră simplificat și depășirea limitei bule are loc nu este așa, așa cum ne-am asumat în calculul nostru. Și a discuta un mecanism pentru a depăși granița cu bule.
La începutul rezultatelor experimentelor foarte simple. În vasul există două straturi de lichide nemiscibile. Volumul bulelor de fluid mai mici de gaze arse, iar acestea se deplasează în sus, trec prin granița dintre lichidele.
Fiecare dintre straturile de bule plutesc pur și simplu. Dar, atunci când balonul este în modul în care limita dintre straturi de lichide, există evenimente neașteptate care diferă de discutat anterior. Ei sunt interesați de noi. Ia experimentul borcan de sticlă, se toarnă în două lichide nemiscibile (de exemplu, apă și ulei de floarea-soarelui), iar prin geamul face din tot ceea ce se întâmplă la granița dintre ele. Stratul inferior al bulelor de gaz lichefiat să fie afișat printr-un ac de seringă.
Experimentele indică faptul că fenomenul pe care l-am observat însoțit de două efecte. Se pare că, în cazul în care cantitatea de fund secvențial lichid stropitul bule mici se acumulează sub chenarul ele sunt combinate, și numai după atingerea o anumită dimensiune, ca să spunem așa, prin combinarea eforturilor lor dincolo de frontiere și pătrunde în lichidul superior. Mai precis, nu „pătrunde“ și „pătrunde“ o bulă mărită. Înainte de a sări prin bula în sine, granița dintre fluide sub influența curbe de flotabilitate, ca și în cazul în care ajunge la un balon coarsens. Și apoi, după ce a trecut bula, acesta este rectificat, gata de a rezista noi bule. În cazul în care, desigur, ei vor. observație Deci, fundamental nouă: frontiera nu se rupe și îndoiți bula în mișcare.
Figura 4 Schema de delimitare îndoire bule în creștere
Între gazul închis în balon, iar stratul superior al lichidului de fund este lichid, așa cum este ilustrat în diagrama schematică (Fig. 4).
Acum vom încerca să evalueze, menținând în același timp toate realizate anterior de simplificare. Presupunem că delimitarea bulei nu va birui în mișcare, la fel ca, să zicem, un glonț care zboară străpunge bord, iar balonul este în repaus, pe care flotabilitate acționează ca extinderea acesteia. Aceasta înseamnă că, la fel ca înainte, nu discutăm nici viteza de bule plutitoare sau vâscozitatea lichidului adiacent sau orice alte valori cinetice.
Să presupunem că densitatea lichidelor se invecineaza aproape la fel și egale. În această situație bula să se separe de limita dintre un strat subțire de fund lichid pat fluid două forțe. Unul dintre ei - forța plutitoare tinde să împingă bula prin frontiera. Un alt punct forte se produce atunci când un balon pop-up denaturează granița dintre lichidele. Această forță tinde să prevină creșterea în zona dintre fluidele din locul în care se urmărește să rupă bubble. Această forță Compute, simplificând forma frontierei. În această formă simplificată a frontierei în sol și este un calcul simplificat.
Forța poate fi estimat, așa următorul raționament. Deplasarea în sus bula de gaz este însoțită de creșterea în zona limitei cilindrice dintre fluidele superioare și inferioare. În cazul în care bula este deplasată cu o valoare care creșterea concomitentă în energie de suprafață. Acest lucru înseamnă că, din balon plutitor va împiedica puterea. Acum, de condiție, putem defini cu ușurință dimensiunea critică a bulei, la care forța rupe din partea de jos a coloanei de lichid. Învăluit cu bule plutește deasupra lichidului. Evaluarea R * este după cum urmează:
Din formula rezultă că pentru valori rezonabile ale variabilelor care determină R * (J / m2 kg / m3), se pare că m.
Acum, pentru al doilea efect. Se pare că se rupe bule prin frontieră „superior“ lichid poartă cu ea un pic de lichid „inferior“, chiar dacă este mai greu.
Acest concept este explicat după cum urmează: formarea de fracturare continuitate a fluidului, ca urmare a reducerii locale a presiunii în ea. Fracturare fluide, cu siguranță bule. Cuvântul „cavitație“ este derivat din latinescul cavitas, ceea ce înseamnă goliciune.
Temporar ne fixăm scopuri diferite: o privire la legea de bază care reglementează fluidul care curge în tubul. Imaginati-un tub orizontal de secțiune variabilă, prin care lichidul curge. În cazul în care aria secțiunii transversale mai mică, fluidul curge mai repede și în cazul în care există o mulțime - mai lent. Conform legii de conservare a energiei, putem spune următoarele. Deasupra volumul selectat curent de lichid are loc forțe de presiune de lucru fortand cursul. Dacă lichidul nu are nici o vâscozitate, acest lucru va fi cheltuit numai pe modificarea energia cinetică. Legea de conservare a energiei dă dreptul de a echivala activitatea forțelor de schimbare a presiunii în energia cinetică a fluidului. Din această ecuație rezultă ecuația lui Daniel Bernoulli, care se realizează în orice secțiune a tubului:
În această ecuație, - densitatea fluidului, - rata sa de curgere, - presiunea fluidului în flux, și - o constantă. Acesta poate fi citit ca aceasta: suma densității de energie cinetică și presiunea fluidului de curgere rămâne neschimbat.
Ecuația Înregistrate este fundamentală în știința fluidului.
Contemplează cu atenție formula. Asta formula spune: partea mai îngustă a tubului, cu atât mai mult, cu atât mai mult cu atât mai puțin, ceea ce înseamnă „chtomozhet să fie atât de mare încât davleniestanet mai puțin de o anumită valoare critică. bule de gaz sau vapori prezente în zona de mișcare fluid și prins în cazul în care. începe să crească în volum, fluidul de „cavitație“, transformându-se într-un mediu de tip spumă. Mutarea împreună cu fluxul în regiunea în care presiunea bulele încep să se prăbușească și să dispară.
Așa că am prezice cu încredere apariția de bule în fluxul de fluid, bazat atât pe fundație, numai pe legea de conservare a energiei. Fundamentul unei bule de încredere și ar trebui să fie căutate.
De fapt, cavitația poate să apară atunci când într-un lichid, pentru orice motiv, există zone în care viteza sa este diferită. De exemplu, în apropierea paletele rotative ale navei, sau în vecinătatea tijei vibratoare în apă.
„Picătura mâncată piatra“ - este cunoscut tuturor. Dar acest balon se rupe de metal, - nu pare să fie bine cunoscut. A înregistrat numeroase cazuri de distrugere a bule elice cavitația navelor de mare viteză. Această deteriorare, uneori, deduce șurub jos doar câteva ore curs navei. Zona de cavitație în apropierea rotativi constructorilor de nave cu elice de bine investigate, cu scopul de a alege forma optimă în care, fără a compromite alte caracteristici ale elicei navei kavitatsionnnaya rezistența este cea mai mare. Aceasta este o etapă importantă în proiectarea și fabricarea de nave.
Și aici este un alt exemplu al efectelor dăunătoare ale cavitație. În cazul în care apa va vibra tija de metal, cu fața sa de capăt acoperit cu focarele daune cavitatie: metal distruge bule.
Există mai multe ipoteze cu privire la mecanismul de transmitere a bule de zbor suprafața metalică. Atingerea suprafața obstacolului, bula ar putea să se prăbușească rapid, pentru a iniția o undă de șoc, și va atrage după sine o lovitură pe suprafața apei. Physics, detaliu studierea cavitatie metalelor distrugere văzut că presiunea în impulsuri care primesc suprafață, sunt suficiente pentru a crea bule și a dezvoltat distrugerea focarele suprafeței metalului. De exemplu: impulsuri de tensiune repetitive duc la fracturi oboseala locale.
În cursul lucrărilor au fost discutate și analizate doar câteva dintre întrebările legate de studiul proprietăților de bule în lichid.
În fiecare secțiune, diferite procese de operare cu bule de aer în lichid au fost revizuite și arată modul în care legile generale ale fizicii se manifestă în aceste fenomene. legea lui Mendeleev - - Clapeyron, și modelul de bază, care este lichid supus care curge într-un tub este descris de ecuația Bernoulli D. Astfel, atunci când G. Stokes pentru determinarea presiunii gazului închise în vezică într-un regim liber cu bule plutitoare de curgere laminară de apă folosită J. formula. care este fundamental în știința fluidului.
Se poate concluziona că bula este un participant major în foarte importante procese tehnologice și fenomene fizice.
Lucrarea discută următoarele aspecte: un proces de flotație în care minereul este eliberat din cavitație gangă - în timpul apariției discontinuități în fluidul din cauza reducerii presiunii locale (aceste discontinuități sunt convertite în bule care în pliere pot ulcera și eroda metal lichid, în special elice) de barbotare nave - suflare bule de gaz prin lichid (fluxul lor duce la o amestecare perfectă a lichidului, și uneori este folosit pentru încălzirea uniformă) .
model realizat de experiență de flotație.
În timpul execuției lucrărilor obținute cunoștințe suplimentare ale fizicii, care pot fi utilizate în alte activități de formare.
În concluzie, trebuie remarcat faptul că subiectul acestei lucrări de cercetare este destul de relevant și, prin urmare, destul de interesant.
Bibliografie și literatură
Geguzin YE Bule. - M. Nauka, 1985. - 176 p.
SS Kutateladze Nakoryakov VE Căldură și transfer de masă, și a câștigat în sistemele de gaz-lichid. - Novosibirsk: Nauka, 1984. - 301 p.