渗漏过程中气泡大小的理论分析研究.pdfVIP

78 2010年 2月 中国制造业信息化 第 39卷 第 3期 渗漏过程中气泡大小的理论分析研究 杨林涛，吕建强，孙粤红，曾 晓，江连海，王 磊 (江苏省盐城市产品质量监督检验所 ，江苏 盐城 224005) 摘要 ：根据表面吸附和两相流体力学理论 ，对液体 中气泡进行理论分析后 ，得 出了液体 中气泡体 积的计算方程，并计算 出水中气泡的大小。通过气泡分析研究计算表明，在渗漏过程中气泡的大 小与液体的表面张力、密度有关。 关键词：液体表面张力；gibbs函数 ；气泡体积 中图分类号 ：TH123 ．2 文献标识码：A 文章编号：1672—1616(2010)03—0078—02 密封性试验是用来考核产品密封性能的常用 式 中S是气泡的gibbs面。 检测方法。以阀门产品为例 ，按照 国家标准 GB／ 在气液界面处 ，两侧的压力差与张力及曲率之 T13927—2008((工业 阀门压力试验》中的规定 ，阀 间的关系为lJ： 门出厂前需要进行水压密封试验或者气压密封试 验，其泄漏率不能超过该标准规定的上限。由于气 Ap=(走+1) (4) 压密封试验的气体泄漏率是一个很难测定的数值， 式 中：Ap是gibbs面两侧的压力差 ；R 和Rb是在 通常将阀门浸泡于水中来进行气压密封试验 ，观察 2个垂直方向上的界面曲率半径。 试验过程中每分钟产生的气泡数量 ，并考核其密封 气泡表面各处 内外压力差是均匀分布且数值 性能是否达到标准要求。本文用理论分析的方法 相等，所以R =Rb，此时气泡的表面形成一个球 来研究探讨渗漏过程中气泡与泄漏量之间的关系。 冠。设这个球冠的半径为 r，高度为 h，球冠的体积 为 。根据式 (3)得 ： 1 气泡表面动力学算法 液体中气泡表面气 ／液界面处的表面层，称为 G=．d『s=27t7h=(+ )㈣ gibbs面 】『,23，由于这里不涉及化学作用 ，这种表面 分子作用产生了气泡与底部壁面之间的拉力 ， 层内分子间的吸引力是 vanderWaals力。本文研 大小等于气泡 的表面张力 ，当其小于气泡浮力时， 究的对象是渗漏过程 ，气泡膨胀速度缓慢 ，符合化 气泡开始上升 ，此时设气泡底部 的半径为 r ，得 学热力学 中所称 的等温等压可逆条件 ，外界对这层 到： gibbs面所做的 “非膨胀功”符合以下公式： Vpg=2rtrdacosO (6) ： (1) 式 中： 是液体的密度；g是重力加速度；0是气泡 式 中： 为液体表面张力 ；G为 gibbs函数 ；s为表 底部gibbs面与工件表面之间的夹角。 面积 。 1．1 气泡体积 的计算方法 根据热力学第二定律和最小作用量原理[，引， 将式(5)代人式(2)得 ： gibbs函数取最小值时的gibbs面，为 gibbs面的力 I(一一 +十— )=0 u(7)， 学状态。因而得到： 8G =0 (2) 式中3V是高阶无穷小量 ，所以8V=0。 式中 8G是对G 的变分 。 由式 (7)求得： 根