Большая техническая энциклопедия
2 4 7
D L N
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ЭВ ЭК ЭЛ ЭМ ЭН ЭО ЭП ЭР ЭС ЭТ ЭУ ЭФ ЭХ ЭШ

Эффект - марангонь

 
Эффект Марангони приводит к появлению конвективных движений на поверхности, направленных от областей с меньшим поверхностным натяжением t R) к областям, где значение этого коэффициента выше ( &), что в итоге и обусловливает воспроизведение и распространение начальных возмущений в форме так называемых циркуляционных ячеек неустойчивости Марангони. Система таких ячеек, связанная по своей-физической природе с конвекцией, температурой и поверхностным натяжением, представляет собой типичную дис-сяпативную структуру.
Эффект Марангони также связан с изменением поверхностного натяжения. Быстрая деформация пленки приводит к неравновесному распределению поверхностно-активных веществ вдоль поверхности. В связи с этим возникает поток молекул пенообразователя из области более высоких поверхностных концентраций, или объема пленки, к месту ее локального повреждения. Вместе с молекулами поверхностно-активного вещества устремляются молекулы растворителя. Поток молекул растворителя вызывает восстановление толщины пленки. По мере утончения пленки эффект Марангони усиливается. Однако существует нижний предел толщины пленки, после которого эффект Марангони сказывается незначительно.
Применение эффекта Марангони - Гиббса к объяснению устойчивости эмульсий не является плодотворным, так как эффект Марангони возникает в неравновесных системах, а эмульсии, как правило, системы долгоживущие и равновесие в них устанавливается в начальные моменты образования. Эластичность же Гиббса наиболее сильно проявляется при таких концентрациях ПАВ, при которых оно не является стабилизатором эмульсии. Эффектом Марангони - Гиббса может быть объяснена устойчивость толстых пленок, в то время как устойчивость эмульсий обусловлена свойствами тонких пленок.
Заввдимрсть cos 6 от скорости жидкости тонких масляных. Причины эффекта Марангони и формы его проявления могут быть различными. Одна из возможных форм проявления этого эффекта имеет место при растекании капли воды на масляной пленке, прилипшей к твердой поверхности.
Видимо, эффект Марангони характеризует первоначальное состояние пены, когда пленки еще толстые, по устойчивость определяется другими эффектами. Шелудко ( 1962) показал, что стойкие пены образуются в системах, которые дают черные пленки. Как было упомянуто ранее, следует принять во внимание поверхностные силы второго рода, чтобы объяснить метастабильную пленку, и поэтому классическая химическая термодинамика поверхности не является адекватной.
Поверхностно-активные вещества эффект Марангони 2 / 1305 Поверхностные явления 3 / 1172, 1174; 2 / 146, 156: 5 / 177, 178 466 адгезионные, см. Адгезия адсорбционные, см. Адсорбция, Поверхностно-активные вещества.
Видимо, эффект Марангони характеризует первоначальное состояние пены, когда пленки еще толстые, но устойчивость определяется другими эффектами. Шелудко ( 1962) показал, что стойкие пены образуются в системах, которые дают черные пленки. Как было упомянуто ранее, следует принять во внимание поверхностные силы второго рода, чтобы объяснить метастабильную пленку, и поэтому классическая химическая термодинамика поверхности не является адекватной.
В частности, эффект Марангони влияет на устойчивость пленок; в зависимости от условий и природы компонентов устойчивость пленок может увеличиваться и уменьшаться.
Дополнительное повышение упругости, известное как эффект Марангони, происходит вследствие того, что между поверхностью и объемом пленки не успевает установиться равновесие.
Как следует из изложенного выше, эффект Марангони должен оказывать значительное влияние на гидродинамику процессов мас-сопереноса в системах с контактирующими фазами, как сохраняющих, так и не сохраняющих форму межфазной поверхности. В системах первого типа этот эффект поддерживает устойчивость пленок в колоннах с орошаемыми стенками и с плотно упакованными насадками, а также определяет степень сжатия пленок, если стенки орошаются не полностью.
В качестве базового механизма был принят эффект Марангони.
Таким образом, объяснение СПК с привлечением эффектов Марангони и нестабильности плотности не соответствует опыту и требует введения иных физико-химических предпосылок.
Величина межфазной поверхности в дисперсном состоянии зависит от эффекта Марангони двояко: последний влияет на образование капель и на их коалесценцию.
Зависимость поверхностного натяжения от времени при различных температурах для 0 015 н. раствора лаурата натрия.
Это различие между динамическим и статическим натяжениями известно как эффект Марангони. Эта проблема трудна из-за сложностей конвективного переноса, потенциальных энергетических барьеров адсорбции и стерических ограничений к проникновению молекул в адсорбционный слой, уже частично занятый молекулами ПАВ. Качественно ясно, что этот эффект является наибольшим в системах с очень разбавленными растворами высоко поверхностно-активных соединений, включающих высокомолекулярные поверхностно-активные вещества.
Градиенты концентрации. В предыдущем разделе при рассмотрении опытов Томсона отмечено, что эффект Марангони может влиять на межфазную поверхность, если глубина проникновения межфазной конвекции соизмерима с толщиной жидких слоев. Ожидается, что эффект Марангони ответственен за значительное изменение поверхности контакта фаз в тех аппаратах, где часть межфазной поверхности существует в виде неподдерживаемых или поддерживаемых тонких пленок. При этих условиях процессы мас-со - и теплопередачи могут приводить к установлению градиента межфазного натяжения и в результате этого к движению межфаз-ной поверхности.
С) ( дС / дх), носит название эффекта Марангони - Гиббса.
Влияние массопередачи на. После инверсии фаз, когда вещество переносится из дисперсной фазы, эффект Марангони будет тормозить дробление капель и усиливать коалесценцию, сдвигая таким образом равновесие в сторону образования больших капель и меньшей межфазной поверхности. Из этого можно заключить, что при данной скорости перемешивания и при массопередаче из фазы, которая вначале являлась сплошной, инверсия фаз будет наблюдаться при меньшем соотношении объемов дисперсной и сплошной фаз, чем в случае обратного направления массопередачи.
Рост пленки 3 5 Л КОН на вертикальной никелевой поверхности, первоначально покрытой стационарной пленкой дистиллированной воды. Недавно Баскэм описал еще одно явление [22], в основе которого лежит эффект Марангони. На рис. 62 приведен профиль жидкой пленки сква-лана ( гексаметилтетраоктан), ползущей вверх по вертикальной поверхности гладкой стальной пластинки.
В ряде случаев практический интерес представляет исследование устойчивости пенного слоя, обусловленной эффектами Марангони и Гиббса. Факторы устойчивости пенных пленок, обусловленные эффектами Марангони и Гиббса, длительное время изучали совместно. С 60 - х годов механизм их действия рассматривают раздельно. Эффект Марангони, как известно, объясняет связь между внешним воздействием и реакцией пленок на это воздействие. При таком воздействии наблюдается локальное изменение толщины пленки и вследствие этого выравнивание ее толщины.
Применение эффекта Марангони - Гиббса к объяснению устойчивости эмульсий не является плодотворным, так как эффект Марангони возникает в неравновесных системах, а эмульсии, как правило, системы долгоживущие и равновесие в них устанавливается в начальные моменты образования. Эластичность же Гиббса наиболее сильно проявляется при таких концентрациях ПАВ, при которых оно не является стабилизатором эмульсии. Эффектом Марангони - Гиббса может быть объяснена устойчивость толстых пленок, в то время как устойчивость эмульсий обусловлена свойствами тонких пленок.
Условие вытеснения одной жидкости другой с твердой поверхности связано с появлением градиента поверхностного натяжения - эффектом Марангони.
Условие вытеснения одной жидкости другой с твердой поверхности связано с появлением градиента поверхностного атяже-ния - эффектом Марангони.
Вещество в расплавленных зонах перемешивается за счет естественной термогравитационной конвекции, а вблизи осевой усадочной раковины-благодаря эффекту Марангони ( см. разд. Наличие усадочной раковины исключает растрескивание контейнера из-за различия плотности твердой фазы и расплава.
Если исключить из рассмотрения нормальную деформацию поверхности, обе задачи полностью расцепятся, и можно детально рассмотреть эффект Марангони.
Джетмар и Роэслер также различают первичный процесс - движение на поверхности раздела фаз, вызванное градиентом поверхностного натяжения ( эффект Марангони), и вторичный эффект - периодический разрыв межфазной поверхности, ведущий к продолжению процесса смешивания.

Образование адсорбционных слоев и соответственно понижение поверхностного натяжения могут обеспечить увеличение прочности пузырьков воздуха против механических деформаций и повреждений за счет так называемого эффекта Марангони. Он проявляется в способности деформированных пузырьков к восстановлению формы вследствие уменьшения толщины адсорбционного слоя и соответственно местного увеличения поверхностного натяжения.
Межфазовая турбулентность вызывается, по-видимому, градиентом межфазового натяжения, возникающим при наличии градиента концентрации на поверхности раздела фаз, или так называемым эффектом Марангони. Исходя из подобных представлений, Стернлинг и Скривен78 описали нестабильность поверхности раздела фаз математически, использовав для этого уравнения движения и диффузии. Они получили результаты, подтверждающие, что нестабильность поверхности раздела фаз должна наблюдаться при определенном направлении массопередачи.
Во время вытекания жидкости определенная доля поверхностных слоев увлекается этим потоком и в результате создаются зоны более высокого поверхностного натяжения, что вызывает эффект Марангони, и возникает противоток.
До недавнего времени основным результатом анализа неустойчивости Марангони для частично смешиваемых систем явилось исключение ряда таких систем из фундаментальных исследований массопереноса в отсутствие эффекта Марангони.
Для систем, в которых da / dC 0, это означает, что о-ь Соа - Если удалить перегородку между объемами а и Ь, межфазная поверхность в будет расширяться в соответствии с эффектом Марангони. Жидкость, примыкающая к поверхности раздела фаз, будет двигаться в направлении от в к а и, если фаза 1в представляет собой тонкую пленку, связанную с большим объемом резервуара, или она сама является толстой пленкой, но в ней имеются местные утончения, это может привести к ее разрыву.
Способы перемешивания расплава в различных вариантах кристаллизационного концентрирования. Наличие свободной поверхности жидкости создает условия для возникновения естественной термокапиллярной конвекции ( эффекта Маран-гони) [93] в слое расплава толщиной до 10 мм, примыкающем к усадочной раковине. Эффект Марангони обусловлен температурной зависимостью поверхностного натяжения жидкости и по интенсивности перемешивания расплава сравним с термогравитационной конвекцией.
В предыдущем разделе при рассмотрении опытов Томсона отмечено, что эффект Марангони может влиять на межфазную поверхность, если глубина проникновения межфазной конвекции соизмерима с толщиной жидких слоев. Ожидается, что эффект Марангони ответственен за значительное изменение поверхности контакта фаз в тех аппаратах, где часть межфазной поверхности существует в виде неподдерживаемых или поддерживаемых тонких пленок. При этих условиях процессы мас-со - и теплопередачи могут приводить к установлению градиента межфазного натяжения и в результате этого к движению межфаз-ной поверхности.
Таким образом, поверхностная деформация оказывает стабилизирующее влияние. Кроме-того, предполагается, что оба эффекта Марангони, несмотря на взаимосвязь между ними, оказывают вследствие деформации межфазной поверхности.
Несоответствие теории [8] опытным данным, по нашему мнению, заключается в том, что основные предпосылки теории физическв неоправданы. Например, авторы теории помимо привлечения эффекта Марангони для описания СПК используют законы внешней гидродинамики.
Эти слои и обусловливают агрегативную устойчивость пен. Большая роль в стабилизации пен отводится эффекту Марангони. При локальном уточнении пленки увеличивается поверхностное натяжение. Появление градиента поверхностного натяжения вызывает течение раствора из области низких поверхностных натяжений в места утончения пленки. Происходит как бы залечивание ослабленных участков.
В ряде случаев практический интерес представляет исследование устойчивости пенного слоя, обусловленной эффектами Марангони и Гиббса. Факторы устойчивости пенных пленок, обусловленные эффектами Марангони и Гиббса, длительное время изучали совместно. С 60 - х годов механизм их действия рассматривают раздельно. Эффект Марангони, как известно, объясняет связь между внешним воздействием и реакцией пленок на это воздействие. При таком воздействии наблюдается локальное изменение толщины пленки и вследствие этого выравнивание ее толщины.
Очевидно, чем быстрее происходит процесс, тем меньше будут величины h и ту и, следовательно, тем выше будет упругость пленки. Это повышение упругости в динамических условиях известно под названием эффекта Марангони.
Как уже отмечалось в разд. В принципе он может быть обусловлен локальными градиентами концентрации, приводящими к эффекту Марангони. Поэтому возникает вопрос, действительно ли при спонтанном эмульгировании сразу образуется устойчивая эмульсия или же в дальнейшем в объемных фазах, насыщенных относительно друг друга и поверхностно-активного вещества, происходит коалесценция первичных частиц.
При некоторых условиях возможно возникновение в жидкости конвективных токов в непосредственной близости к границе фаз, обычно ведущее к значительному повышению РЖ. Это явление ( поверхностная, или межфазная турбулентность), называемое также эффектом Марангони, является следствием нестабильности поверхности, когда возникающие в жидкости случайные малые возмущения усиливаются. Большей частью поверхностная турбулентность связана с возникновением градиентов поверхностного натяжения; при этом поверхность стремится к состоянию с минимумом энергии, вызывая расширение области с низким 0 и сокращением области с высоким а. Если с повышением концентрации компонента в жидкости о возрастает ( положительные системы), усиление малых возмущений приводит к спонтанному перемешиванию вблизи поверхности. Если же с повышением концентрации сг уменьшается ( отрицательные системы), возмущения затухают.

Экстремальная зависимость пенообразования от концентрации низкомолекулярных поверхностно-активных веществ может быть объяснена следующим образом. Таким образом, растяжение поверхности пузырька или отток жидкости к углам в эффекте Марангони - Гиббса не приводит к значительному увеличению а, а следовательно, отсутствует сила, препятствующая утончению поверхностного слоя жидкости. Наоборот, при меньших концентрациях, когда поверхностный слой еще не является насыщенным и существует значительный градиент концентрации поверхностно-активного вещества между поверхностью и объемом жидкости, отток жидкости приводит к более резкому возрастанию а на поверхности раздела пузырек - раствор, а следовательно, появляется сила, препятствующая такому оттеканию.
Схема образования конвективных круговых ячеек. Появятся области с меньшим межфазным натяжением, обозначенные буквой а, которые в соответствии с эффектом Марангони будут расширяться.
Линде, приведены результаты многолетиях экспериментальных исследований динамики конвективных структур, образующихся на поверхности раздела фаз в результате эффектов марангони, а также результаты численного анализа нелинейных моделей процессов тепло - и массопереноса, протекающих в условиях межфазной неустойчивости.
Итак, помимо адгезии вытеснение одной жидкости другой зависит еще от особенностей взаимодействия на границе жидкость - жидкость. Эти особенности определяются не только величиной поверхностного натяжения на этой границе 0ЖШ, но и градиентом поверхностного натяжения, который вызывается различными причинами и в общем случае называется эффектом Марангони.
Оценки с помощью этой формулы показывают, что для солей, исследованных в работах [89-92, 158] при градиентах температуры 204 - 80 К-см мин составляет от 1 4 до 3 мм. Фактический диаметр узкой части контейнера может быть несколько меньше полученных значений, поскольку при использовании данного варианта направленной кристаллизации в слитках образуется осевая усадочная раковина и расплав дополнительно перемешивается за счет эффекта Марангони ( см. разд.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2019
словарь online
электро бритва
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11