Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

очень продолжительное время. В отличие от компактного струк-турообразования возникновение пространственных структур не обусловливает расслаивания дисперсной системы. Плотность упа* ковки частиц как в компактной, так и в пространственной структуре может сильно варьировать.

Образование сплошной сетки из кристаллов или коллоидных частиц вызывает статическое предельное напряжение сдвига и застывание дисперсных систем.

Возникновение сверхмицеллярной струстуры должно привести к росту кажущейся вязкости, так как агрегаты уменьшают эффективное сечение русла потока и создают дополнительное торможение смещению одного слоя жидкости по отношению к другому. Кроме того, было замечено, что в структурированных коллоидных растворах турбулентность возникает при очень низких числах Рейнольдса [19, 64]. Стрзктурообразование может обусловить снижение критического числа Рейнольдса в десять и более раз. Развитие т)фбу-лентности при малых скоростях течения видно на фиг. 22, б. Кажущаяся вязкость является функцией объема структуры, а не

числа частиц, входящих в ее состав. При прочих равных условиях рыхлые структуры вызывают более значительное повышение вязкости, чем компактные.

В потоке структуры легко разрушаются, что обусловливает снижение вязкости. Дисперсные системы с разрушенной структурой текут, как ньютоновская жидкость (отрезок Sv-St кривой фиг. 10).

Если после механического воздействия структура самопроизвольно восстанавливается, то будет наблюдаться тиксотропное восстановление сопротивления деформации или в частном случае гелей -тиксотропное застудневание. В противном случае будет иметь место тиксолабильность.

Заметим, что тиксолабильность может и не быть связанной с разрушением структуры. Этот эффект будет наблюдаться также при увеличении компактности структуры. Опыты с золями, у которых после встряхивания снижалась вязкость и одновременно из раствора выпадали плотные хлопья частиц, дают основание считать, что такой вид тиксолабильности действительно имеет место. Реопексия указывает на то, что процесс структуро-

Фиг. 23. Схема форм агрегирования коллоидных и микроскопических частиц.

/ - цепочкообразная (ориентированная); 2 - сетчатая; 3 - ориентированная; 4- неориентированная.

образования не закончен. Течение увеличивает частоту столкновений взаимодействующих частиц и способствует их слипанию.

Оствальд высказал предположение, что аномалия вязкости коллоидных растворов обусловливается структурообразованием, и назвал этот эффект структурной вязкостью. Несомненно, что структурообразование является наиболее частой причиной аномалии вязкости, но отождествление их, как это делал Оствальд, неправильно.

Помимо агрегирования частиц в структуру в настоящее время известны еще три причины аномалии вязкости; 1) ориентация удлиненных частиц в потоке; 2) деформация молекул высоко-полимеров и шариков эмульсии текущей жидкостью; 3) деформация сольватных оболочек частиц. Удлиненные частицы (например, кристаллы парафина или мыла в минеральном масле) расположены беспорядочно. Располагаясь перпендикулярно к направлению потока, они создают препятствие течению, которое будет восприниматься как повышенная вязкость. В потоке происходит ориентация частиц вдоль потока, причем правильность ориентации возрастает со скоростью течения. Отсюда с увеличением градиента скорости кажущаяся вязкость будет падать. Аналогичным образом вытягивание частиц или их сольватных оболочек вдоль потока также приведет к снижению кажущейся вязкости. Оствальд и Малье [57] наблюдали значительную аномалию вязкости чистых критических смесей гексана с нитробензолом и фенола с водой, у которых сверхмицеллярное структурообразование исключено. Восстановление первоначальной ориентации частиц и их формы после механического воздействия может обусловить тиксотропию вязкости.

Нами исследовались золи [19], у котррых имело место сверхмицеллярное структурообразоваьгае, но не наблюдалась аномалия вязкости. Очевидно, это объясняется высокой прочностью структур и их механической стабильностью (тиксостабильностью) при течении жидкости. Известно, что вязкие минеральные масла при комнатной температуре обладают ньютоновской вязкостью, но она чувствительна к предыдущей термической обработке. Вполне возможно, что в этом случае также наблюдается тиксо-стабильность, но не агрегатов кристаллов, а более высокодисперсных образований.

Чтобы выявить факторы аномалии вязкости, необходимо более детальное исследование, чем измерение зависимости кажущейся вязкости от градиента скорости. Застудневание, тиксолабильность и реопексия являются специфическими эффектами, которые позволяют отличить сверхмицеллярное структурообразование от остальных причин аномалии вязкости. Если последняя обусловлена сольватными оболочками частиц, то можно ожидать, что эффект будет возрастать с увеличением сольватации. Наиболее убедительное доказательство в пользу структурообразования может дать изучение распределения скоростей в потоке.

Титература 57

ЛИТЕРАТУРА

1. X а й к и н С. Э. Механика. Изд. 2. Гостехтеоретиздат, М.-Л. 1947,

2. Пешль Т., Эвальд И., ПрандтльЛ. Физика упругих и жидких тел. Пер. К. А. Леонтьева. Гостехтеоретиздат, М.-Л., 1933.

3. И о ф ф е. А. Ф. Физика кристаллов. Гиз. М.-Л., 1929; Z. f. Physic 22, 286, 1924.

4. ФренкельЯ.И. Кинетическая теория жидкости. Изд. АН СССР М.-Л., 1945.

5. Б а р а н о в С. С. Поляроидные поляроскопы и исследование напряжений. Гостехиздат, 1946.

6. ЗайцевА. К. Оптические методы изучения напряжения. Л., 1927.

7. П о п о в С. Г. Измерение воздушных потоков. Гостехиздат, М.-Л., 1947.

8. Великанов М. А. Динамика русловых потоков, ч. 1 и 2. Гидро-метеоиздат, Л.-М., 1946.

9. Алекс андровВ. Л. Техническая гидромеханика. Изд. 3. Гостехиздат. М.-Л.,1946.

10. Ш в е д о в Ф. Н. J. de Phisique, 9, 341, 1859; 8, 34, 1890. И. BikermanJ. Refiner., 24, 119, 1946; 25, 111, 1946.

12. Binghatn. E. Fluidity and Plasticity. New-York, 1922.

13. В о л a p о в и Ч M. П. Применение методов исследования вязкости и пластичности в прикладной минералогии. Труды ИПМ, вып. 66, 1934.

14. В а г к е г М. Ргос. Roy. Soc. А., 101, 712, 1922.

15. В о л а р о в и ч М. П. Коллоид, жури., 9, 325, 1947.

16. ТолстойМ.Д.Коллоид.журн., 9,450,1947; 10,131,1948. Труды II конференции по трению и износу в машинах, 3, 155, 1949.

17. Фу КС г. И. Доклады АН СССР, 66, 1125, 1949.

18. О S t W а 1 d Wo. u. Т г а к а s V. Kolloid. Z., 68, 211, 1934.

19. Ф у КС г. И. Коллоид, журн. 10, 155, 1948.

20. Великовский Д.С.Консистентные смазки. Гостоптехиздат, 1945.

21. Р е й н е р М. Десять лекций по теоретической реологии. Пер. под. ред. М. П. Воларовича. Гостехиздат, М.-Л., 1947.

22. Р h i П ро! f W. Kolloid. Z., 71, 1, 1935.

23. R ei n ег М. Phisics, 5, 321, 1934.

24. Менделеев Д. И. О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании. Соч., т. VII, Изд. АН СССР, Л.-М.. стр. 293, 1946.

25. Сб. «Современнее состояние гидроаэродинамики вязкой жидкости v Под ред. С. Гольдштейна, I и 2, Госиноиздат, М. 1948.

26. Прандтль Л. Гидроаэромеханика. Госиноиздат, М., 1949.

27. Вязкость жидкостей и коллоидных растворов. Доклады совещания Изд. АН СССР, М.-Л., I, 1941, 2, 1944, 3, 1946.

28. Труды конференции по трению и износу в машинах при Институте машиноведения АН СССР, М.-Л. Труды первой конференции, 1, 1939; 2. 1940. Труды второй конференции, 1 и 2, 1948, 3, 1949.

29. Смазочные масла. Труды совещания, 1938.

30. Теория и практика производства и применения консистентных смазок. Материалы Всесоюзного совещания Горно-топ. изд., М.-Л., 1939.

31. Ф у к с г. И. и С JVI о л и н а В. А. Труды второй конференции по трению и износу в машинах, 2, 499, 1948.

32. Фукс Г. И. и М е ч к о в с к а я Т. А. Зав. лаб. 15 , 430, 1949.

33. Е i S е п S с h i t Z R. Koiloid. Z., 64, 184, 1933.

34. Ко H с T a H T и H о в A. A. Труды совещания по вязкости жидкостей и коллоидных растворов. Изд. АН СССР, 1, 211, 1941.

35. Догадкин Б. А. Химия и физика каучука. Госхимиздат, 1947.

36. СегаловаЕ. Е. и Ребиндер П. А. Коллоидн. жури., 10, 223, 1948.

37. Р е б и н д е р П. А. Труды совещания по вязкости жидкости и коллоидных растворов. Изд. АН СССР, М.-Л., 1, 361, 1941.

38. Виноградов Г. В. и Климов К. И. Журн. техн. физ., 18, 355, 1948.