Влияние угла смачивания на начальную стадию пропитки тела с однородной пористой структурой

Abstract

Рассмотрена приближенная модель расчета начальной стадии процесса вытеснения газового пузыря из пористого тела однородной структуры при его погружении в жидкость. В модели не учитывается сопротивление при входе жидкости в поры. Проведенные расчеты показывают, что в начальной стадии возникают колебания газового пузыря, которые быстро затухают. В однородном поровом пространстве при постоянном угле смачивания вся поверхность пузыря в целом находится в неравновесном состоянии, за исключением локального участка его поверхности, что является источником возмущений, в результате которых поверхность пузыря искривляется и перемещается. Это приводит к вытеснению пузыря. Наличие гистерезиса смачивания дает дополнительную степень свободы элементам поверхности раздела фаз. Однако в однородном поровом пространстве, согласно расчетам, это не приводит к качественным изменениям картины вытеснения. Из расчетов следует, что в случае однородной пористой структуры с примерно одинаковыми условиями смачивания газовый пузырь должен выталкиваться из глубин пористого тела, при этом для повышения эффективности пропитки целесообразно вести процесс таким образом, чтобы фронт жидкости двигался с какой-то одной стороны.

Розглянуто наближену модель розрахунку початкової стадії процесу витіснення газового пузиря з пористого тіла однорідної структури при його зануренні в рідину. У моделі не враховується опір при вході рідини в пори. Проведені розрахунки показують, що в початковій стадії виникають коливання газового пузиря, які швидко згасають. В однорідному поровому просторі при постійному куті змочування вся поверхня пузиря в цілому знаходиться в нерівноважному стані, за винятком локальної ділянки його поверхні, що є джерелом збурень, в результаті яких поверхня пузиря викривляється і переміщується. Це призводить до витіснення пузиря. Наявність гістерезису змочування дає додатковий ступінь свободи елементів поверхні розділу фаз. Однак в однорідному поровому просторі, згідно з розрахунками, це не призводить до якісних змін картини витіснення. З розрахунків випливає, що в разі однорідної пористої структури з приблизно однаковими умовами змочування газовий пузир повинен виштовхуватися з глибин пористого тіла, при цьому для підвищення ефективності просочення доцільно вести процес таким чином, щоб фронт рідини рухався з якоїсь однієї сторони.

This article describes an approximate model for calculating the initial stage of displacement of a gas bubble from a porous body of a homogeneous structure when immersed in a liquid. The model does not take into account the resistance at the entrance of liquid into the pores. The performed calculations demonstrate the occurrence of rapidly decaying gas bubble oscillations at the initial stage. In a uniform pore space with a constant wetting angle, the entire surface of the bubble is in a nonequilibrium state, except perturbations on the local portion of its surface, which results in bubble deformation and movement. These effects lead to bubble displacement. Wetting hysteresis adds degree of freedom to the elements of the phase interface. However, in a homogeneous pore space, according to calculations, this does not qualitatively change the displacement pattern. Based on the calculations, in a homogenous porous structure with approximately the same wetting conditions, the gas bubble must be pushed out of the depths of the porous body. To increase efficiency of saturation, it is best to move the liquid from one side.