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影響泡沫穩(wěn)定性的另一個(gè)重要的因素是液膜厚度,消泡就是使泡沫的全部或部分液膜的厚度降低到其臨界值而實(shí)現(xiàn)的。泡沫排液使泡沫的持液量降低,液膜厚度變薄,有利于泡沫穩(wěn)定性降低,從而實(shí)現(xiàn)消泡。
泡沫排液是一個(gè)復(fù)雜的流體力學(xué)過(guò)程,受多種因素共同控制。泡沫排液的速率取決于以下各方面:泡沫體系的流體力學(xué)參數(shù),例如三個(gè)氣泡交匯處的普朗特邊界層的形狀和大小;吸附的表面活性分子的種類(lèi)不同造成的氣液界面性質(zhì)的變化;氣泡間聚并引起的內(nèi)部泡沫的破壞速率;泡沫中的液體沿普朗特邊界的排液使毛細(xì)管壓力增高,從而導(dǎo)致氣泡間聚并加快并使得泡沫主體內(nèi)部形成空洞。
最早 Leonard 和 Lemlich 建立了“通道主導(dǎo)泡沫排液模型”,這個(gè)模型假設(shè)普朗特邊界管道的管壁是無(wú)限剛性的,所有的壓力損失均發(fā)生在普朗特邊界中,在節(jié)點(diǎn)處的壓力損失可以忽略不計(jì)。根據(jù)模型得到泡沫排液速度 u (m/s)如公式(1.7)所示
其中 Cr (m²)為 Plateau 邊界層的橫截面積;
ρL(kg/m³)為液體的密度;
μ(Pa·s)為液體的粘度;
g (m/s²)為重力加速度。
后來(lái)研究者認(rèn)為普朗特邊界無(wú)限剛性的假設(shè)是不合理,Koehler 等人提出了“節(jié)點(diǎn)主導(dǎo)泡沫排液模型”,放松了對(duì)管壁無(wú)限剛性的假定,并強(qiáng)調(diào)節(jié)點(diǎn)對(duì)壓力損失的貢獻(xiàn)。實(shí)際上,在普朗特邊界層和節(jié)點(diǎn)處均存在壓力損失,Stevenson在此基礎(chǔ)上分析影響泡沫排液速率的因素,利用無(wú)因次量綱分析方法將這些因素進(jìn)行關(guān)聯(lián),得出了表觀排液速率 jd (m/s)的表達(dá)式:
其中 rb (mm)為氣泡的半徑;
ε(%)為泡沫的持液量;
m、n 為表征泡沫流動(dòng)特性的無(wú)量綱系數(shù)。
由此可知,改變物系性質(zhì)參數(shù)如液體粘度、操作條件如氣速以及設(shè)備參數(shù)如分布器孔徑可以影響泡沫排液。