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[摘 要]文章首先对表面活性剂进行了简单的概述，其次分析了动态表面张力对液滴形成影响，最后对表面活性剂对液滴形成过程的影响展开了相应的探讨，希望为相关人员提供一定的参考价值。
[关键词]表面活性剂；液滴；形成过程；影响
中图分类号：TV345 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0277-01
引言
表面活性剂对液体液滴形成影响主要体现在液滴形成形态，液滴生长速率以及胶束随机扩散产生的生长速率波动性。研究结果表明，表面活性剂浓度小于临界胶束浓度（CMC）时，随着表面活性剂浓度的升高，液桥喉部直径变化率和液滴形成直径逐渐减小，液桥断裂长度和液滴形成速率显著增加，同时刻下的液滴生长速率逐渐增大。表面活性剂浓度大于CMC后，断裂长度保持在11mm，形成液滴直径为4.4mm，液滴形成速率为0.35m/s左右。
1 表面活性剂概述
表面活性剂是一类能够显著改变液体表面张力的精细化学品。表面活性剂根据极性基团带电性质，可以分为阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂以及非离子表面活性剂。如果将少量的表面活性剂添加到纯液体中，就会降低液体静态表面张力，而在增加表面活性剂的浓度时，当浓度大于某一特定值时，张力变化就会逐渐趋于平缓。而这一特定浓度就被称为临界胶束浓度。在临界胶束浓度前后液体的表面张力变化较为明显。
2 动态表面张力对液滴形成影响
在液滴形成的过程中，其受重力、液体表面张力与粘性力的影响比较大。当液体的Oh数小于1时，表面张力就会对液滴形成过程产生十分重要的影响。表面活性剂能够对液体的表面张力产生一定程度的影响，所以在液滴中添加表面活性剂会对液滴的形成产生较为显著的影响。现阶段，表面活性剂对液滴形成的影响研究比较多，主要侧重对液滴下落中喉部直径变化情况的考察。在喉部直径面积变化的过程中，对于单位面积的表面活性分子来说，其浓度会随时间的变化而变化，这就会影响到液体表面的动态表面张力值，进而对喉部直径与液滴形成过程产生一定程度的影响。所以，通过喉部直径变化可以测量液滴在下落过程中表面张力随时间的变化值情况。离子型表面活性剂形成的动态表面张力较为显著，动态表面张力有多种测量方式，主要有吊片法，液滴——鼓泡法以及微管界面面积测量法。其中微管界面面积测量法能够测量较大范围内的表面活性剂浓度和离子特征表现不明显的表面活性剂，测量精度较高。
3 表面活性剂对液滴形成过程的影响
3.1 表面活性剂对液体液滴形变特征影响
3.1.1液桥喉部直径变化
在液滴形成的过程中，喉部直径变化率是其研究的一个重点内容。喉部直径变化能够表示液滴下落过程随时间变化的特点。在液滴形成的过程中，通常认为液滴喉部直径随时间变化关系也与液体表面张力存在很大的关系。液体静态表面张力会对液滴形成过程的喉部直径变化率产生影响。表面张力会对喉部处产生收縮夹断的作用。所以，液体的静态表面张力越大，喉部直径随时间变化率也就越大，同时初始喉部直径也越大。当溶液中添加表面活性剂后，溶液静态表面张力迅速降低，从而导致了表面张力对液滴形成过程的作用减弱。在液滴形成的初始阶段，表面张力形成的阻碍作用减小，喷嘴出口处液体质量达到一定值后开始下落，中间部分的液体逐渐被拉伸，形成液桥，表面张力对液桥喉部直径夹断作用减弱，因此喉部直径随时间减小速率缓慢。
3.1.2液桥断裂长度变化
液桥断裂长度指的是液桥与下端连接的液滴产生断裂情况时，液桥末端到喷嘴出口地方的长度。如果喉部直径呈现不断减小的趋势，液滴就会以变化的速度逐渐下落，液桥与上部喷嘴处液体和下端液滴相连。在这一过程中，可以视下端液滴的质量保持不变，并在下落过程中牵引着中间的液桥。在溶液中添加表面活性剂后，喉部直径随时间变化速率减慢，液滴可以在更长的时间内完成对液桥的拉伸，表面活性剂对液桥与液滴的分离起到了阻碍的作用，延长了液桥的长度。
3.1.3液滴形成直径变化
液桥和下端液滴出现断裂情况后，液滴就会由于自身的重力而下落，此时液滴形成过程完成。研究液滴形成过程的重要内容就是液滴直径变化，能够表现出表面活性剂对液滴形成的影响。当增加表面活性剂的浓度时，就会削弱表面张力作用，从而使液桥断裂形变长度增加。另外，如果降低喉部直径变化率，液桥通过液滴的下落就会被拉伸，进而使液桥的平均直径减小。通过相关分析得知，在液滴的形成过程中，表面活性剂会对其产生极大的影响。同样，当表面活性剂浓度低于临界胶束浓度时，液滴下落所需质量减小，因此形成液滴直径逐渐减小；而当表面活性剂浓度大于临界胶束浓度后，液体静态张力基本不发生变化后，此时液滴形成所需克服表面张力下落的重力也基本保持不变。因此，在二次雾化过程中，在其他条件一定的情况下，可以通过改变纯液体表面活性剂浓度，从而有效控制生成液滴的直径大小。同时，表面活性剂可以有效降低表面张力，提高液体韦伯数，有利于后续雾化过程的进行。
3.2 表面活性剂对液滴生长速率影响
液滴生长速率是液滴形成过程中表征液滴形成快慢的一个重要参数。液滴形成速率是决定液滴形成快慢的直接因素。在下端液滴下降过程中，喉部直径逐渐减小，此时喉部直径处受到的表面张力逐渐减小，因此液滴的加速度逐渐增加，液滴下落速度也逐渐增大。不同表面活性剂浓度下的液滴生长速度如图1所示。通过图1可以发现，当时间逐渐靠近夹断点时刻lP后，液滴的生长速度逐渐增大，并且速度变化不是一个线形变化规律。这是因为液滴喉部直径逐渐减小，表面张力对液滴下落的阻碍作用就会减弱，从而使得液滴受到向下的合外力增大，所以速度变化量增大，就会形成生长速率非线性的变化。在同一时间段，通过将不同的表面活性剂浓度液滴下落速度进行比较可以知道，液滴下落速度与表面活性剂浓度的变化呈正比例关系。如果表面活性剂的浓度比临界胶束浓度大，在同一时刻下不同浓度间的液滴速度变化量就不会很大。这主要是由于溶液表面张力比临界胶束浓度大时，静态表面张力就不会发生十分明显的变化，所以在液滴下落时，不同表面浓度下的液滴生长速度变化就不会产生特别大的差异。
结束语
总的来说，在液滴中加入表面活性剂，会对其形成过程产生一定程度的影响，具体表现为：对液桥喉部直径的变化、液桥断裂长度变化、液滴形成直径变化以及对液滴生长速率的影响。
参考文献
[1] 章文斌.表面活性剂对液滴形成过程的影响[D].华东理工大学，2017.
[2] 吴炬晖.表面活性剂对液滴破裂的影响[D].华东理工大学，2016.
[关键词]表面活性剂；液滴；形成过程；影响
中图分类号：TV345 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0277-01
引言
表面活性剂对液体液滴形成影响主要体现在液滴形成形态，液滴生长速率以及胶束随机扩散产生的生长速率波动性。研究结果表明，表面活性剂浓度小于临界胶束浓度（CMC）时，随着表面活性剂浓度的升高，液桥喉部直径变化率和液滴形成直径逐渐减小，液桥断裂长度和液滴形成速率显著增加，同时刻下的液滴生长速率逐渐增大。表面活性剂浓度大于CMC后，断裂长度保持在11mm，形成液滴直径为4.4mm，液滴形成速率为0.35m/s左右。
1 表面活性剂概述
表面活性剂是一类能够显著改变液体表面张力的精细化学品。表面活性剂根据极性基团带电性质，可以分为阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂以及非离子表面活性剂。如果将少量的表面活性剂添加到纯液体中，就会降低液体静态表面张力，而在增加表面活性剂的浓度时，当浓度大于某一特定值时，张力变化就会逐渐趋于平缓。而这一特定浓度就被称为临界胶束浓度。在临界胶束浓度前后液体的表面张力变化较为明显。
2 动态表面张力对液滴形成影响
在液滴形成的过程中，其受重力、液体表面张力与粘性力的影响比较大。当液体的Oh数小于1时，表面张力就会对液滴形成过程产生十分重要的影响。表面活性剂能够对液体的表面张力产生一定程度的影响，所以在液滴中添加表面活性剂会对液滴的形成产生较为显著的影响。现阶段，表面活性剂对液滴形成的影响研究比较多，主要侧重对液滴下落中喉部直径变化情况的考察。在喉部直径面积变化的过程中，对于单位面积的表面活性分子来说，其浓度会随时间的变化而变化，这就会影响到液体表面的动态表面张力值，进而对喉部直径与液滴形成过程产生一定程度的影响。所以，通过喉部直径变化可以测量液滴在下落过程中表面张力随时间的变化值情况。离子型表面活性剂形成的动态表面张力较为显著，动态表面张力有多种测量方式，主要有吊片法，液滴——鼓泡法以及微管界面面积测量法。其中微管界面面积测量法能够测量较大范围内的表面活性剂浓度和离子特征表现不明显的表面活性剂，测量精度较高。
3 表面活性剂对液滴形成过程的影响
3.1 表面活性剂对液体液滴形变特征影响
3.1.1液桥喉部直径变化
在液滴形成的过程中，喉部直径变化率是其研究的一个重点内容。喉部直径变化能够表示液滴下落过程随时间变化的特点。在液滴形成的过程中，通常认为液滴喉部直径随时间变化关系也与液体表面张力存在很大的关系。液体静态表面张力会对液滴形成过程的喉部直径变化率产生影响。表面张力会对喉部处产生收縮夹断的作用。所以，液体的静态表面张力越大，喉部直径随时间变化率也就越大，同时初始喉部直径也越大。当溶液中添加表面活性剂后，溶液静态表面张力迅速降低，从而导致了表面张力对液滴形成过程的作用减弱。在液滴形成的初始阶段，表面张力形成的阻碍作用减小，喷嘴出口处液体质量达到一定值后开始下落，中间部分的液体逐渐被拉伸，形成液桥，表面张力对液桥喉部直径夹断作用减弱，因此喉部直径随时间减小速率缓慢。
3.1.2液桥断裂长度变化
液桥断裂长度指的是液桥与下端连接的液滴产生断裂情况时，液桥末端到喷嘴出口地方的长度。如果喉部直径呈现不断减小的趋势，液滴就会以变化的速度逐渐下落，液桥与上部喷嘴处液体和下端液滴相连。在这一过程中，可以视下端液滴的质量保持不变，并在下落过程中牵引着中间的液桥。在溶液中添加表面活性剂后，喉部直径随时间变化速率减慢，液滴可以在更长的时间内完成对液桥的拉伸，表面活性剂对液桥与液滴的分离起到了阻碍的作用，延长了液桥的长度。
3.1.3液滴形成直径变化
液桥和下端液滴出现断裂情况后，液滴就会由于自身的重力而下落，此时液滴形成过程完成。研究液滴形成过程的重要内容就是液滴直径变化，能够表现出表面活性剂对液滴形成的影响。当增加表面活性剂的浓度时，就会削弱表面张力作用，从而使液桥断裂形变长度增加。另外，如果降低喉部直径变化率，液桥通过液滴的下落就会被拉伸，进而使液桥的平均直径减小。通过相关分析得知，在液滴的形成过程中，表面活性剂会对其产生极大的影响。同样，当表面活性剂浓度低于临界胶束浓度时，液滴下落所需质量减小，因此形成液滴直径逐渐减小；而当表面活性剂浓度大于临界胶束浓度后，液体静态张力基本不发生变化后，此时液滴形成所需克服表面张力下落的重力也基本保持不变。因此，在二次雾化过程中，在其他条件一定的情况下，可以通过改变纯液体表面活性剂浓度，从而有效控制生成液滴的直径大小。同时，表面活性剂可以有效降低表面张力，提高液体韦伯数，有利于后续雾化过程的进行。
3.2 表面活性剂对液滴生长速率影响
液滴生长速率是液滴形成过程中表征液滴形成快慢的一个重要参数。液滴形成速率是决定液滴形成快慢的直接因素。在下端液滴下降过程中，喉部直径逐渐减小，此时喉部直径处受到的表面张力逐渐减小，因此液滴的加速度逐渐增加，液滴下落速度也逐渐增大。不同表面活性剂浓度下的液滴生长速度如图1所示。通过图1可以发现，当时间逐渐靠近夹断点时刻lP后，液滴的生长速度逐渐增大，并且速度变化不是一个线形变化规律。这是因为液滴喉部直径逐渐减小，表面张力对液滴下落的阻碍作用就会减弱，从而使得液滴受到向下的合外力增大，所以速度变化量增大，就会形成生长速率非线性的变化。在同一时间段，通过将不同的表面活性剂浓度液滴下落速度进行比较可以知道，液滴下落速度与表面活性剂浓度的变化呈正比例关系。如果表面活性剂的浓度比临界胶束浓度大，在同一时刻下不同浓度间的液滴速度变化量就不会很大。这主要是由于溶液表面张力比临界胶束浓度大时，静态表面张力就不会发生十分明显的变化，所以在液滴下落时，不同表面浓度下的液滴生长速度变化就不会产生特别大的差异。
结束语
总的来说，在液滴中加入表面活性剂，会对其形成过程产生一定程度的影响，具体表现为：对液桥喉部直径的变化、液桥断裂长度变化、液滴形成直径变化以及对液滴生长速率的影响。
参考文献
[1] 章文斌.表面活性剂对液滴形成过程的影响[D].华东理工大学，2017.
[2] 吴炬晖.表面活性剂对液滴破裂的影响[D].华东理工大学，2016.