Cтраница 1
Неустойчивость Марангони, обусловленная процессами массопереноса через жидкую меяфазную поверхность, вызывает самоусиление и самоорганизацию движений жидкости на поверхности раздела фаз, которые в результате образуют спектр многообразных диссипативных структур. При этом появляются системы разнообразных пространственно-периодических подструктур гидродинамического типа с изменяющимся во времени поведением, которые могут переходить в состояния с затухающими колебаниями. Последние полностью отличаются от пространственно-временной структуры двух-параметрического колебания волнообразного типа. [1]
Возникновение неустойчивости Марангони изучалось главным образом применительно к экстракции в системах жидкость - жидкость, т.е. к процессу, где этот эффект проявляется наиболее сильно. [2]
Такого рода бифуркация встречается в термохалинной неустойчивости Марангони при осолонении за счет испарения поверхностного слоя морской воды. Она соответствует возникновению когерентной пространственной структуры конвективных ячеек в первоначально неупорядоченной жидкой фазе, когда градиент поверхностного натяжения достигает некоторого порогового значения. Аналогичная бифуркация встречается при возникновении автоколебаний речного стока и влагозапасов бассейна Каспийского моря при достижении критического значения количества осадков. [3]
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. [4]
Аналогичный эффект может иметь место, если неустойчивость Марангони усиливается гравитационной неустойчивостью. Взаимодействие этих двух типов неустойчивости имеет особое значение для аппаратов с горизонтальной межфазной поверхностью. Визуально, например, при использовании шшрен-методов наблюдения, указанные неустойчивости четко различаются: для неустойчивости Марангони характерна малая глубина проникновения и высокая интенсивность движений, тогда как для гравитационной - низкая интенсивность, но большая глубина проникновения. Это различие очень помогает при анализе результатов, полученных для разнообразных недисперсных ячеек с перемешиванием и контакторов с горизонтальным потоком. [5]
Это свидетельствует о существенном влиянии в этом случае неустойчивости Марангони. С другой стороны, для отрицательных систем требуется, чтобы минимальная скорость орошения была значительно выше. К тому же, когда в эксперименте дистилляция была заменена процессом испарения азеотропной смеси в воздушный поток, как и предсказывалось теорией, при концентрациях, соответствующих отрицательной системе, наблвдалжсь сжатие и распад пленки, что не имело места при концентрациях, при которых система становилась положительной. [6]
Численный метод, предложенный в работе [5] и названный сокращенно MI MEGr, позволяет описывать процессы неустойчивости Марангони, вызванные только МЭ. Этот метод позволяет, в отличие от линейного анализа [ 2J, находить приближенно скорость, температуру и. [7]
Изменение Z может происходить и в направлении нормали к поверхности, что приводит к особому виду неустойчивости, называемой неустойчивостью Марангони. [8]
Маесотареноо щж устойчивости i неустойчивости Мараш-озя ( С - безразмерная концентрация): А - случай WCTO да у кошой юшвтнкц Б - случай оамоусиливавдвЕ - ся неустойчивости Марангони; В - случай ослабления нвж - вяно. Марангони; Г - случай частично усиливаемого вншуадшной конвекцией обновления иеяфагной повершоени ( в отсутствие вынужденной конвекции шаеег место устойчкш. [9]
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. [10]
Во всех отмеченных выше работах использовались чистые системы, но на практике такие очищенные от примесей системы, эа исключением процессов дистилляции, встречается довольно редко. Поэтому влияние неустойчивости марангони оказывается зачастую менее заметно, чем предсказывалось выше. Однако оно не может полностью игнорироваться, особенно в алпаротах, где жидкость на межфазной поверхности часто обновляется. [11]
Цилиндрические ячейки возникают и развиваются на поверхности раздела между изоамитолом и водой при добавлении поверхностно-активного вещества гексадецилсульфата натрия, широко используемого в качестве моющего средства. Неустойчивость ( так называемая неустойчивость Марангони) обусловлена вариациями поверхностного натяжения, зависящими от концентрации поверхностно-активного вещества. Эта неустойчивость и связь между диффузией и конвекцией приводят к образованию цилиндрических ячеек, изображенных на следующей странице. Ширина цилиндрических ячеек возрастает примерно как квадратный корень из времени, прошедшего с момента их образования, как и следует ожидать в случае процесса, связанного с диффузией. Приведены шли-рен-фотографии, снятые через указанные интервалы времени. Последний снимок сделан через 600 с после начала эксперимента. На нем хорошо видны и крупные вторичные, и небольшие первичные цилиндрические ячейки. Верхней фазой ( I фазой) был 1 % - й раствор гексадецилсульфата натрия в изоамиле, а нижней, фазой ( II фазой) первоначально была чистая вода. [12]
Значительную роль играют зависимость поверхностного натяжения от температуры и неустойчивость Марангони. Существуют пространственные, временные и пространственно-временные диссипативные структуры. Конвективные ячейки Бенара, кольца Сатурна являются примерами пространственных диссипативных структур. Временные и пространственно-временные диссипативные структуры возникают, например, при протекании некоторых нелинейных химических реакций. [13]
Таким образом, либо сдвиговая вязкость внешней фазы обращается в нуль, к тоща данный метод разложения не дает информации относительно нейтральных состояний для моды ti, либо внешняя вязкость ненулевая и уравнение ( 56) выполняться не может. Поэтому приходим к следующему выводу: нейтральные состояния нормальной моды t - i для неустойчивости Марангони не существуют, если вязкость внешней жидкости отлична от нуля. Поэтому явления, наолхщаемые в опытах со скачущими каплями, нельзя исследовать при помощи метода, предложенного в этом разделе. [14]
Как уже отмечалось ранее, в настоящее время очень мило известно ск влиянии эффектов Маравгош на жидкие вленки в экстракционных и абсорбционных аппаратах с фиксированной мвжфазной поверхностью. Общепринятым считается, что площадь мвжфазной поверхности, приходящаяся на единицу объема насадки, намного больше ъ положительных системах, чей в отрицательных, хотя относительный вклад предполагаемых неустойчивостей Марангони, на которые указывается в работах Эллиса [.8] и Моавса [19], пока не установлен. Эта система положительна при низких концентрациях. МЭК и отрицательна при высоких. [15]