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多年来,由于气泡和液滴的聚并在许多工业过程中如吸收、萃取、乳化、聚合物混合等等中有非常重要的作用,聚并研究已引起广泛关注。聚并过程包括流体颗粒之间的相互作用及挟持掖膜的排液减薄,因此它比破裂更复杂,使得其不论是理论还是实验研究都较破裂困难。 两流体颗粒的聚并过程通常认为有三个步骤:(1) 两流体颗粒的靠近接触,并挟持一层液膜;(2) 由于两流体颗粒的进一步靠近,所挟持液膜不断地排液、减薄;(3) 当液膜减薄到某一临界厚度时就可能发生破裂,从而发生聚并。由于影响流体颗粒聚并动力学行为的因素非常复杂,致使这方面的研究不得不借助大量的简化或假设。首先是将聚并过程分解为两个各不相关的过程进行孤立研究,并假设一个流体颗粒合并的概率函数。通常做法是:(1) 将两个靠近流体颗粒所挟持的液膜变薄直至破裂而合二为一的过程定义为液膜减薄过程,研究并确定这一过程所需的时间(所谓聚并时间t_C);(2) 将两个流体颗粒相互靠近并保持接触的过程定义为靠近过程,研究它们保持接触的时间(t_I);(3)根据这两个时间来假设一个合并概率函数。 实际上的聚并过程应该是一个不能分割的整体:两流体颗粒在一次相互接触过程中,在其相对运动速度、距离以及界面形状发生变化的同时,所挟持的液膜厚度也相应发生变化(不断排液减薄)。根据已有研究结果可知,流体颗粒接触时所挟持的液膜存在一个“临界厚度”,当液膜厚度等于或小于这一厚度时就可能发生破裂。两流体颗粒在一次相互接触过程中,当界面变形产生的“反弹力”足够抵消使两流体颗粒相互靠近的外力和惯性力时,两流体颗粒就开始分离,这时的液膜厚度即为此次接触达到的最小厚度。如果这一厚度小于或等于液膜破裂的临界厚度,聚并就发生,否则聚并不发生。 由此可见,将聚并过程解偶为两个相对独立过程的方法是有局限性的:人为决定这两个子过程不相关,而实际上它们是紧密相关的。其次是由这两个子过程获得的所谓接触作用时间和聚并时间来确定聚并发生的概率的理论依据不足。聚并可否发生的决定因素应该是:两流体颗粒在开始“反弹”前液膜减薄到的厚度