РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФАЗОВЫХ
ПЕРЕХОДОВ В ЭМУЛЬСИЯХ
Изучение динамики роста паровых полостей экспериментальным путем связано с
определенными трудностями. В данных процессах имеют дело с объектами,
характерный размер которых лежит в микронном диапазоне измерения, а временной
масштаб изменения измеряемых параметров 1 нс ч 10 мс. Достаточно большое
количество экспериментальных исследований [60, 65, 67-72] ставили своей целью
определение радиуса пузырька, который растет в объеме жидкости, а также
излучаемых этим пузырьком акустических импульсов. В эксперименте [67]
формирование и рост парового пузырька в жидкости инициировались с помощью
лазерного излучения, сфокусированного в определенную точку объема жидкости.
Излучаемые пузырьком акустические импульсы фиксировались малоинерционным
датчиком давления – гидрофоном, с разрешающей способностью по времени 333 нс.
Сам датчик располагался на определенном расстоянии от центра пузырька, а
импульсы давления, регистрируемые данным датчиком, фиксировались на экране
осциллографа.
Формирование и рост паровой фазы на границе раздела несмешивающихся жидкостей
эмульсионных сред, являются более сложными и неопределенными процессами, чем
образование и существование одиночного парового пузырька. В то же время в
литературных источниках им уделено недостаточно внимания [59, 61]. При этом
перегрева водной фазы и дальнейшего роста паровой фазы можно добиться путем
резкого снижения давления, действующего на рассматриваемый объем эмульсии,
которая предварительно нагрета до температуры насыщения при первоначальном
давлении [62-65, 73-77]. Аналогичный эффект можно получить помещая каплю воды в
нагретый до температуры большей, чем температура насыщения воды, при
определенном давлении, объем масла. Тем самым будут инициироваться процессы
формирования и роста новой фазы – пара, после того как поверхность раздела
вода-масло прогреется до температуры насыщения при действующем давлении
окружающей среды.
2.1. Оборудование, используемое для эксперимента
С целью определения параметров, которыми характеризуется процесс роста паровой
фазы на границе раздела жидкостей эмульсии типа вода-масло, была создана
экспериментальная установка, представленная на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Схема экспериментальной установки для определения импульсов давления,
создаваемых паровым объемом при закипании эмульсии (обозначения в тексте).
Экспериментальная установка (рис. 2.1), включает масляный термостат 1, в
котором нагревателями 2 задается и поддерживается необходимая температура. В
термостат помещена колба 3 заполненная маслом 4. Температурный режим в
термостате и колбе фиксируется с помощью термопар 6. Вода подается через
капилляр 5 в виде капли определенного размера на подставку 8. Для фиксации
импульсов давления, возникающих при закипании капли воды (появлении паровой
прослойки на границе раздела масло-вода), используется малоинерционный датчик
давления 7 (гидрофон). Приемное отверстие датчика давления 7 находится на
фиксированном расстоянии от поверхности подставки 8. Капля воды подается
непосредственно на ось, образуемую приемным отверстием датчика 7. Таким
образом, известным является расстояние между поверхностью капли воды и приемным
отверстием датчика, которое находится как разность между известным расстоянием
от приемного отверстия датчика 7 до поверхности подставки 8 и диаметром
рассматриваемой капли воды. Понятно, что для достаточно больших капель воды,
возможно их растекание по поверхности подставки 8, в результате чего
существенно меняется радиус кривизны исследуемых капель. В то же время капли
малого размера могут сохранять свою сферическую форму в результате действия
поверхностных сил.
Из множества приборов, которые исследователи издавна используют для проведения
экспериментов, самым распространенным и важным является, конечно, электронный
осциллограф. Осциллограф позволяет на его экране наблюдать временную
зависимость различных сигналов, в том числе таких, которые недоступны для
органов чувств человека — например, электрических. С помощью датчиков можно
преобразовать в электрические сигналы изменения различных параметров и
неэлектрической природы, например давление воздуха, изменение температуры и так
далее. Поэтому осциллограф является основным инструментом при исследовании и
отладке различных физических и радиоэлектронных устройств [65-72].
В последние годы наряду с обычными аналоговыми осциллографами часто
используются цифровые и запоминающие осциллографы, которые допускают
подключение к персональному компьютеру (ПК) [66]. Однако известные приборы
этого типа, например фирм Tektronix или Fluke, очень дороги и недоступны
большинству специалистов и радиолюбителей. Кроме того, существуют определенные
проблемы при их подключении к ПК с помощью довольно дорогих и редких в продаже
дополнительных аксессуаров.
В связи с этим представляют интерес виртуальные осциллографы, выполненные в
виде приставок к ПК (поэтому их называют также РС-осциллографы). Их
«виртуальность» проявляется лишь в том, что передняя панель осциллографа
создается на экране дисплея ПК соответствующими программными средствами.
Управление осциллографом осуществляется с помощью графического манипулятора —
мыши. Внешний вид виртуальной лаборатории на основе виртуальных осциллографа и
функционального генератора фирмы Velleman показан на рис. 2.2.
Принцип действия таких осциллографов заключается в стробировании входного
сигнала, путем выделения из него коротких вырезок-отсчетов. Они оцифровываются
с помощью быстродейству
- Київ+380960830922