Ghostscript wrapper for D:\BBB-ARCH\ARCHIWUM-lata-78-71\MTS71_t9z1_4\mts71_t9z4.pdf


M E C H AN I K A
TEORETYCZNA
I  STOSOWANA

4  9  (1971)

N APRĘ Ż EN IE  Z WILŻ AJĄ CE  D ZIAŁAJĄ CE  NA  PĘ CH ERZYK  PAROWY
W  CZASIE WRZEN IA

B O G U M I Ł  B I E N I A S Z  ( R Z E S Z Ó W )

1.  Oznaczenia

u  stał a w  równaniu van  der Waalsa,  '•
b  jw,
B  współ czynnik wirialny  w termicznym równaniu stanu gazu  van  der  Waalsa,
D  pozioma ś rednica  elipsoidy,

Do  zastę pcza ś rednica pę cherzyka,
D

p
  ś rednica przylegania  pę cherzyka,

g  przyś pieszenie  ziemskie,
/;  pionowa  ś rednica  elipsoidy,
/   wymiar  charakterystyczny;  / =   [alg(r>'— g") ] 1 ' 2 ,

M  masa  czą steczkowa,
M

z
  zastę pcza  masa  czą steczkowa,

p  ciś nienie,
q  strumień cieplny,
R  uniwersalna  stalą   gazowa,
T   temperatura,

T)Ł  temperatura krytyczna,
T

s
  temperatura nasycenia,

j \   molowa  obję tość  krytyczna,
yiiio  udział   molowy  nasyconej  pary  wodnej  w  mieszaninie  z  powietrzem  i  nasyconą   parą

cieczy  (/ 2),
yi

2
  udział   molowy  nasyconej  pary  cieczy  (72)  w  mieszaninie  z  powietrzem  i  nasyconą '

parą   wilgoci,
y

v
  udział   molowy  powietrza  w  mieszaninie  z  nasyconą   parą   wilgoci  i  cieczy  (/ 2),
fS  ś redni ką t  przylegania,
Q  gę stoś ć,

Q
g
  gę stość  powietrza  nasyconego  parą   cieczy  niż ej  wrzą cej  (/ 2)  i parą   wilgoci  w tempera-

turze  20°C,
Cli  gę stość fazy  (/ ,),
QI

Z
  gę stość  fazy  (/ 2),

o-   napię cie  powierzchniowe  na  granicy  fazy  ciekł ej  (/ 2)  i  gazowej  (v)  w  temperaturze
20°C,

a
s  Jw>  w  temperaturze nasycenia,

a
s
i  napię cie  powierzchniowe  na  granicy  fazy  stał ej  (.s)  i  ciekł ej (/ 2),

<r
sv
  napię cie  powierzchniowe  na  granicy  fazy  stał ej  (s) i  gazowej  (v),

a'  napię cie  powierzchniowe  na  granicy  fazy  ciekł ej  (/ t)  i  (/ 2)  w  temperaturze  20°C,
a"  napię cie  powierzchniowe  na  granicy  fazy  ciekł ej  (Ą )  i  gazowej  (v)  w  temperaturze

20°C,
X  naprę ż enie  zwilż ają ce.



530 B .  BlEN IASZ

2.  Sformuł owanie problemu

W  czasie  wrzenia  pę cherzykowego  dział ają   na  pę cherzyk  nastę pują ce  sił y:  wyporu,
oporu,  bezwł adnoś ci i  sił y  powierzchniowe.  Przy  obn iż on ym  ciś nieniu  m oż n a,  ze wzglę du
n a  duże  ś rednice  zastę pcze  pę cherzy,  pomijać  sił y  powierzchniowe.  N atom iast  przy  ciś-
nieniach  rzę du  ciś nienia  barometrycznego  i  wyż szych,  sił y  powierzchniowe  odgrywają
decydują cą   rolę .  M ówią c  o  sił ach  powierzchniowych  m am y  n a  myś li  sił y  od  napię ć  po-
wierzchniowych  i  sił y  przylegania  czą steczek.  Te  ostatnie  z  reguł y  zaniedbywano,  co
prowadził o  do  ukł adu  sił   na  granicy  trzech  faz,  pochodzą cych  wył ą cznie  od  n apię ć po-

(k)

(s)

Rys. 1 Rys. 2

wierzchniowych,  co  dla  stał ej  powierzchni  grzejnej  przedstawion o  n a  rys.  1.  Z  warun ku
równowagi  otrzymuje  się :

(2.1) (TCOS/ 3 +   ffsi  =   (T
sv
.

D oś wiadczalne  potwierdzenie  tej  zależ noś ci  jest  bardzo  t ru dn e  do  uzyskan ia  ze  wzglę du
na  wystę pują ce  w  niej  napię cia  powierzchniowe  <r

sv
  oraz  <rsi.  Jeś li  n atom iast  zastą pi  się

fazę   stał ą   (s) przez  fazę   ciekł ą   (/ x),  co  przedstawion o  n a  rys.  2,  to

(2.2) cos/ J  = a  — &

Autor  sprawdził   powyż szą   zależ ność  doś wiadczalnie.
Przy  doborze  cieczy  kierowano  się   nastę pują cymi  wym agan iam i:

a) tem peratura nasycenia  fazy  ciekł ej  (^)  musiał a być  znacznie wyż sza  (ciecz wyż ej  wrzą ca)

niż  dla  fazy  (/ 2)  (ciecz  niż ej  wrzą ca),

(k)
AT

Rys. 3

b)  gę stość  fazy  (/ :)  m usiał a  być  wię ksza  niż  gę stość  fazy  (l2),
c)  uż yte  ciecze  nie  mogł y  mieszać  się   wzajemnie,
d)  ciecze  musiał y  być  trwał e.
P omiary  przeprowadzon o  dla  pię ciu  przypadków,  których  zestawienie  zawiera  tablica  1.



N APRĘ Ż EN IE  ZWILŻ AJĄ CE  DZIAŁAJĄ CE  NA  PĘ CHERZYK  PAROWY 531

Przy-
padek

1

2

3

4

5

F aza( / , )

Wodny  roztwór
CaCIj

j.w.

j.w.

j.w.

Woda destylowana

Tablica 1

1

N azwa cieczy

Cykloheksan

K- Heksan

1- Chlorek butylu

cis- 2- Penten

H- Pentan

-

Faza

81

69

78

37

36

[kg/ m3] i

779

659

884

655

627

T
k
['C]

265

201

vk
[m3/ kmol]

0,289

0,253

!

Wymaganie  dotyczą ce  tem peratury  nasycenia  wynika  z  rysunku  3.  Otóż tem peratura
nasycenia  fazy  (/ J  m usiał a być  wię ksza  od  tem peratury  nasycenia  fazy  (/ 2)  o  co  najmniej
T

w
—T

s
.  W  przeciwnym  razie  bą ble,  odrywają ce  się   od  stał ej  powierzchni  grzejnej,  spo-

wodował yby  zaburzen ia  deformują ce  zał oż ony  poprzedn io  model  ukł adu  sił .  M oż liwość
uż ycia  wody  był a  zatem  ogran iczon a.  W  zasadzie  stosowano  wodny  roztwór  C aC l2,
którego  tem peratura  nasycenia  wynosił a  okoł o  130°C  ( g 2 0  =   1390  kg/ m

3).

3.  Przebieg  i  wyniki  pomiarów  ką tów  przylegania

Ką ty  przylegania  zm ierzon o  stosują c  filmowanie.  W  tym  celu  zbudowano  stanowisko,
umoż liwiają ce  realizację   stacjon arn ego,  nasyconego  wrzenia  pę cherzykowego  w  zbior-
niku,  przy  ciś nieniu  barom etryczn ym .  Z astosowan o  zbiornik  prostopadł oś cienny  o  wy-

Azbest  Cu  T eflon

Rys.  4

m iarach  podstawy  135  m m x  135  m m  i  o  wysokoś ci  165  m m .  Ciepł o  dostarczano  do
powierzchni  grzejnej  za  pom ocą   miedzianego  prę ta  (rys.  4) poprzez  warstwę   cieczy  wyż ej
wrzą cej  [faza  (/ J]  o  gruboś ci  H.  Z astosowan o  wymiary  p rę t a:  0  16x155  mm  (ś rednica
stał ej  powierzchni  grzejnej:  0  10  m m ) . P rę t  był   ogrzewany  w  swej  dolnej  czę ś ci  przy  po-
mocy  spirali  grzejnej  wł ą czonej  w  obwód  elektryczny  o  zmiennej  opornoś ci,  zasilany
prą dem  stał ym  o  napię ciu  24  V.  P om iary  wykon an o  przy  H   =   3  i  6  mm  i  przy  gruboś ci



532  B.  BI E N I ASZ

fazy  (/ 2)  rzę du  kilku  centymetrów.  Z akres  stosowanych  strumieni  cieplnych  był   ograni-
czony  przez  tem peraturę   nasycenia  cieczy  wyż ej  wrzą cych  i  wynosił   (5H- 20) •   10*  W/ m 2.

Strumienie  cieplne  wyznaczano  przez  pom iar,  w  dwóch  pun ktach ,  tem peratur  po-
wierzchni  walcowej  prę ta  miedzianego,  za  pomocą   term opar  zł oż onych  z  m ateriał u prę ta
oraz  drucików  kon stan tan owych  0  0,2  m m ,  przymocowanych  do  prę ta  elektrolitycznie.
P unkty  pom iarowe  był y  umieszczone  w  odległ oś ci  50  mm  od  siebie  liczą c  wzdł uż  osi
prę ta,  przy  czym  pu n kt  poł oż ony  bliż ej  stał ej  powierzchni  grzejnej  był   od  niej  w  odleg-
ł oś ci  20  m m .  D la  zwię kszenia  dokł adn oś ci  pom iarów  tem peratur,  druciki  prowadzon o
wpierw  wokół   prę ta.  Term opary  cechowano  przez  zanurzenie  w  ultraterm ostacie.  Tem-
peraturą   odniesienia  był   pun kt  topn ien ia  lodu,  sił ę   zaś  termoelektryczną   m ierzon o  za
pomocą   kom pen satora  technicznego  KP T- 1.  N a  podstawie  dokł adn oś ci  odczytu  tempe-
ratury  w  ultraterm ostacie  oraz  sił y  termoelektrycznej  n a  zaciskach  X/ 5  kom pen satora,
moż na  ocenić,  że  bł ą d  bezwzglę dny  pom iaru  tem peratur  powierzchni  prę ta  wynosił
zt0,15°C.  Przy  wrzeniu  «- pentanu  na  wodzie  destylowanej,  przy  q=  19,0-   104  W/ m 2,
tem peratury  walcowej  powierzchni  prę ta  wynosił y  105,0°C  oraz  114,8°C,  przy  tem pera-
turze  pł askiej  powierzchni  grzejnej  97,3°C.

N ukleacja  odbywał a  się   w  obszarze  pon ad  stał ą   powierzchnią   grzejną   prę ta,  n a  po-
wierzchni  A  (rys.  4),  bę dą cej  granicą   ciekł ych,  faz  (I,)  i  (l

2
),  Zdję cia  pę cherzyków  wyko-

nano  kamerą   filmową   Pentaflex  16,  przy  szybkoś ci-   96  klatek  n a  sekundę .  U ż yto  przy

D

r^s

Rys.  5  Rys.  6

tym  teleobiektywu  o  ogniskowej  135 m m  oraz  kilku  pierś cieni  dystansowych.  D la  każ dego
przypadku  (tablica  1) wykonywano  zdję cia  dla  obu  wartoś ci  H   oraz  dla  róż nych  wartoś ci
strumieni  cieplnych.  Celem  uzyskania  wrzenia  stacjonarnego  obserwowano,  czy  ustalił y
się   tem peratury  mierzone n a  powierzchni  prę ta.  Stosowano  przesł onę   segmentową   120°,
co dał o czas ekspozycji  1/ 250  sekundy.  Zdję cia  wykonywano  przez  szklaną   ś ciankę  zbiorni-
ka  n a tle  ekranu, ustawionego  pod  ką tem  45 stopni  do  osi  optycznej  obiektywu,  oś wietlo-
nego  równoległ ą   wią zką   ś wiatła  z  lampy  paraboloidaln ej.  Jako  m ateriał u  filmowego
uż yto  czarno biał ej  taś my  kinematograficznej  U P - 21.  Wszystkie  zdję cia  filmowe  był y
wykonywane  przy  liniowym  powię kszeniu  wymiarów  rzeczywistych  8,13.  I n teresowan o
się   obrazam i,  przedstawiają cymi  pę cherzyki  n a  chwilę   przed  oderwaniem  od  ciekł ej  po-
wierzchni  grzejnej.  Rys.  5  przedstawia  zdję cie  (o  odwróconym  zaczernieniu),  a  rys.  6
kopię   takiego  pę cherzyka.

P omiary  ką tów  przylegania  był y  moż liwe  jedynie  przy  niewielkich  wartoś ciach  stru-
mieni  cieplnych,  tzn.  dla  ustroju  pojedynczych  pę cherzyków.  D la  każ dego  przypadku
wybierano  losowo  p o  siedem  pę cherzyków  i  sporzą dzono  kartotekę   zawierają cą   wyniki



N APRĘ Ż EN IE  ZWILŻ AJĄ CE  DZIAŁAJĄ CE  NA  PĘ CHERZYK  PAROWY 533

pom iarów:  j? l 5  j32, D,  Dp,  h  oraz  wyniki  obliczeń  /S, 23O,  a  także  ś redniej  bezwymiarowej
ś rednicy  zastę pczej  D o / /  oraz  ś redniej  bezwymiarowej  ś rednicy przylegania  Dp/ l.  Ponieważ
nie  stwierdzono  zależ noś ci  ką tów  przylegania  od  strumieni  cieplnych,  pom iary  prze-
prowadzon o  w  każ dym  przypadku  dla  jednej  tylko  wartoś ci  strumienia  cieplnego.  D la
każ dego  pę cherzyka  obliczano  / 3' =   (/Si +  / 32)/ 2,  a  nastę pnie  /3 jako  ś rednią   arytmetyczną
z  siedmiu  wartoś ci  / ?'.  Wartoś ci  D

p
/ D

0
  obliczano  dla  uchwycenia  momentów  pom iarów

ką tów  przylegania,  gdyż ką t  ten jest  funkcją   czasu  w  okresie  wzrostu  bą bla  n a powierzchni
grzejnej,  a  tym  samym  i  stosunku  D

p
/ D

0
.  Ś rednicę   zastę pczą   pę cherzyka  w  stanie  tuż

przed  oderwaniem  obliczano  jako  ś rednicę   kuli  o  obję toś ci  równej  obję toś ci  elipsoidy,
równej  obję toś ci  pę cherzyka.  W  zwią zku  z  tym  traktowan o  pę cherzyk  jako  elipsoidę
o  pionowej  osi  symetrii  i  m ierzon o  dwie  ś rednice  D  oraz  h.

K ą t  przylegania  (ką t  jaki  tworzy  styczna  do  powierzchni  pę cherzyka,  w  punkcie  le-
ż ą cym  n a  powierzchn i  grzejnej,  z  pł aszczyzną   tej  powierzchni)  mierzono  ką tomierzem
o  wartoś ci  najmniejszej  dział ki  0,5  stopnia  (ok.  0,0067  rd) .  Bł ą d  pomiaru  ką ta  przyle-
gania  oceniono, n a  podstawie  serii  pom iarów  ką ta  przylegania  dla  jednego  pę cherzyka,
n a  ok.  ± 1 , 5 stopn ia  ( ± 0, 0262 rd ) . Wykonują c  pom iary  ką tów  zał oż on o, czemu nie moż na

Tablica  2

Przypadek
nr

1

2

3

4

5

/

m m

1,64

1,52

1,49

1,54

1,54

Do

m m

2,1

2,0

2,2

2,4

2,2

D
o
ll

—

1,3

1,3

1,5

1,6

1,4

D
p

mm

1,0

1,1

1,7

1,5

1,2

—

0,6

0,7

1,1

1,0

0,8

stopni

50

48

51

50

53

D
P
ID

O

—

0,48

0,55

0,77

0,63

0,55  '

zaprzeczyć  n a  podstawie  wykon an ych  zdję ć,  że  nie  m a  deformacji  ciekł ej  powierzchni
grzejnej  przy  podstawie  pę cherzyka.  Wyniki  pom iarów  zawiera  tablica  2.  Jest  rzeczą
interesują cą,  że  ś redni  ką t  przylegan ia  jest  prawie  t aki  sam  dla  wszystkich  przypadków.

4.  Przebieg  i  wyniki  pomiarów  napię ć powierzchniowych

P om iaru  n apię ć  powierzchniowych  a'  i  er"  dokon an o  dla  tem peratury  20°C  metodą
zwisają cej  kropli  (rys.  7).  Wartość  napię cia  powierzchniowego  oblicza  się   w  tej  meto-
dzie  ze  wzoru

(4.1)
1

~H'

w  którym  l/ H  jest  poprawką ,  zależ ną   od  wartoś ci  djd
e
,  odczytywaną   z  tablicy  sporzą -

dzonej  przez  N IED ERH AU SEN A  i  BARTELA  (por.  [1],  s.  42).  Przy  wyznaczaniu  a',  A  Q  był o



534 B .  BlEN IASZ

róż nicą   gę stoś ci  fazy  (/ x)  (kropla)  i  fazy  (/ 2)  (otoczenie  kropli),  zaś  przy  wyznaczaniu  a",
A Q był o  róż nicą   gę stoś ci  fazy  (/ ,)  (kropla)  i  mieszaniny  powietrza  z  nasyconą   parą   cieczy
(l

2
)  i  wilgoci.

Celem  wyznaczenia  wartoś ci  wielkoś ci  wchodzą cych  do  wzoru  (4.1),  wykonywano
zdję cia  fotograficzne  kropli,  wiszą cych  u  koń ca  pionowej  rurki  kapilarn ej  o  ś rednicy

Rys.  7

zewnę trznej  0  2,32  m m .  R urka  m iał a  czoł ową   pł aszczyznę   szlifowaną   pod  ką tem  prostym
do  osi  rurki  i  był a  umieszczona  w  naczyń ku  prostopadł oś cien n ym  n a  tle  ekran u  z  ma-
towej  szyby,  oś wietlonego  od  tył u  równoległ ą   wią zką   ś wiatł a.  U ż ywano  aparat u  foto-
graficznego  Z enith  3M   z  pierś cieniami  dystansowymi.

Rys.  8. Wodny  roztwór  C aC I 2  cis- 2- penten



N APRĘ Ż EN IE  ZWILŻ AJĄ CE  DZIAŁAJĄ CE  NA  PĘ CHERZYK  PAROWY 535

W  tablicy  3  po dan o  wyniki  pom iarów  i  obliczeń  wielkoś ci  a'  i  a".  P otrzebne  do  obli-
czeń  wartoś ci  Q

h
  wzię to  dla  wody  z  tablic  cieplnych,  zaś  dla  stosowanego  wodnego  roz-

tworu  C aC l2  z  bezpoś redniego  pom iaru  densyrnetrem  uniwersalnym.  Bł ą d  bezwzglę dny
tego  pom iaru  wynosił   ± 0 , 5  kg/ m 3.  Wartoś ci  Q

a
  obliczano  orientacyjnie  stosują c  w  teorii

m ieszanin  termiczne  równ an ie  stan u  gazów  doskonał ych  (tabl.  4),  przy  czym  wartoś ci
ciś nień  nasycenia  par  cieczy  (/ ,)  w  tem peraturze  20°C  obliczono  wedł ug  wzoru  Riedela
(por.  [2], tabl.  3.2,  3.3).  M oż na przyją ć,  że  bł ą d  bezwzglę dny  wartoś ci  g

g
  równał  się   ±   po-

Rys.  9.  Woda  destylowana,  powietrze  nasycone parą   n- pentanu  i parą   wodną

ło"wie  wyliczonej  wartoś ci  tej  wielkoś ci.  Wielkoś ci  d
e
  oraz  d

s
  zmierzono  n a  wykonanych

zdję ciach  fotograficznych  z  bł ę dem bezwzglę dnym  ± 0 , 2 mm, co stwierdzono n a podstawie
serii  pom iarów  tej  samej  wartoś ci  wielkoś ci  d

e
,  P o  uwzglę dnieniu  powię kszenia,  z  jakim

uzyskan o  obraz  kropli  n a  papierze  fotograficznym,  odpowiada  to  bł ę dowi  bezwzglę d-
n em u  tych  wielkoś ci  wynoszą cemu  ± 1, 7 •   10~ 5  m.  (Wartoś ci  d

e
  i  d

s
  podan e  w  tablicy  3

są   wartoś ciami  ś redn im i.  U zyskan o  je  na  podstawie  trzech  pom iarów  dla  każ dego  przy-
padku ) .  Wartoś ci  Q,

2
  wzię to  z  tablic  cieplnych.  M oż na  przyją ć,  że  został y  one  wyzna-

czone  z  takim  sam ym  bł ę dem jak  g,,.  Bł ą d  wartoś ci  l/ H  wynosił   ± 0, 001.  Wartoś ci  ś red-
nich  kwadratowych  bł ę dów  bezwzglę dnych  obliczono  n a  podstawie  powyż szych  uwag
metodą   dokł adn ą . Rys.  8 oraz  rys.  9 są   ilustracją   do  przeprowadzonych  pom iarów  napię ć
powierzchniowych.

6  M ech an ika Teoretyczna



N  •   v  o  O  *-<   ON  r*l  o
- ,-,  s  ON   _T  _T  o "  v-T  «•

- H

 ̂  ̂ in  o   ̂ *-<   (N
bo  ON"  ON"  c\ "  r- f  i- T

£ ,  M  r -   "->  Ms  m  NO

NO  o  »r>  t ^  NO
t e  i  ON   'O  oo  m  ON
S 3 .  |  " *  • *,  • *.  "* «  • *

j  "i  0"  0"  0"  0"  0"
to

§  "*  00  0  O  «  00

£   „•   6  °°.  "̂   °°.   ̂ °).  j  t
" 0  CS   P ł   CS   ( S  N  < & ' " r ^

II   ̂ "  «"  "   ̂ ^

13  ^a  rn  0  0  «5  >n
d  t f  -H   m  os  1̂1

0  en"  en  m  of  m"  'w'

",  S  • *  \ O  OO  CO  ON

[ XJ ' ~  • *"  i~-"  WT"  ON"  t s"

«§  1  «  N  rt  «  N  A
S?  u-i  (N  >O  10  t̂ -

 ̂ .  o  ON  O  O  VO  ON  ! ?  |  »  «  »  *  * ,

m
  \ ,  ,  Ss  0"  «  rt  «  0"  rr  0  0  c.  0  0

i  v  1  ! —
R  '  •<   «  O  CO

i   ̂ s?"  ?  a  s*  a"  s  °"

 ̂ 1  §  1  1  R.   ̂ 5  1  S  S  2  2  8

t)  0"  O  O  0"  0"

§  *  ̂ 00  (N  VD  vo  rq

£   6  °i °\   °°-.  *̂    ̂ ^
O  m  ts  ts  ri  n"  •   ^
' - i  cd  ,_

. _  ^  i—1  r>)  c o  "^t  > o
^&)  p ,
^ 3  cTł   fO  rt  ł -t  O\

g  OS  T f  CO  CO  CO
O  •   .  CO*  CO  CO  CN   T f

M   S  O\   ( ^  • *  VI  ( ^
*-»  - ~.  t~-   <n  00  i o  CM
 ̂ M  r-   vo  00  vo  vo

"c  0  0  0  0  00
c  - ii  °̂    ̂  ̂ ^  °̂
C i  h/i  co  co  cO  rO  O\

g  M   - H   VH   M

N - S g  - 1  N   m  • *  wi

[536]



N AP R Ę Ż E N IE  Z WI LŻ AJĄ CE  D ZIAŁAJĄ CE  N A  P Ę C H E R Z YK  P AR OWY 537

5.  Obliczen ie  n aprę ż eń  zwilż ają cych

W  tablicy  5 zamieszczono  wyniki  obliczeń  prawej  strony  równania  (2.2)  na  podstawie
zmierzonych,  przy  tem peraturze  20°C,  wartoś ci  a'  i  a"  oraz  wartoś ci  a  wzię tych  z  tablic
również  dla  tej  tem peratury.  D la  porówn an ia  zamieszczono  obok  wartoś ci  a

s
  obliczone

Tablica  5

P rzyp ad ek

n r

1

2

3

4

5

10 3  •   a
s

kg/ s2

18,8

13,7

17,6

14,7

15,0

1 0 3  •  a

kg/ J 2

25,5

18,4

23,9

.16,5

16,6

a"  —a'

a

—

1,13

1,00

1,84

2,29

1,30

7.

kg/ .v2

12,4

6,1

28,8

27,1

11,7

ze  wzoru  W.  R am saya  i  J.  Shieldsa  (z  powodu  braku  danych  tablicowych,  a  i  a
s
  obli-

czono  dla  przypadku  4  n a  podstawie  reguł y  R.  Eotvosa).  N a  podstawie  otrzymanych
wyników  dochodzi  się   do  wniosku,  że  w  ukł adzie  sił   dział ają cych  na  pę cherzyk  u  jego
podstawy  należy  koniecznie  uwzglę dnić  Siły  mię dzyczą steczkowe  przez  wprowadzenie

;  R ys.  10  ;

n aprę ż en ia  zwilż ają cego  [3].  Z akł adają c  kierunek  jego  dział ania  i  zwrot  jak  n a  rys.  10
oraz  stosują c  superpozycję   (patrz  rys.  2),  otrzymuje  się   z  warunku  równowagi  ]

Obliczone  stą d  wartoś ci  zamieszczono  w  tablicy  5.
Otrzym ane  wyniki  należy  traktować  jako  orientacyjne  z  tej  przyczyny,  że  o  ile  ką t  /3

został   zmierzony  dla  tem peratury  nasycenia,  to  napię cia  powierzchniowe  a'  i  a"  zmie-
rzon o  jedynie  dla  tem peratury  20°C.  Z akł adają c jedn ak,  że  procentowy  spadek  wartoś ci
n apię ć  powierzchniowych  a'  i  a"  w  zakresie  od  tem peratury  20°C  do  tem peratury  T

s

jest  taki  sam  dla  tych  n apię ć jak  dla  napię cia  powierzchniowego  a,  otrzymuje  się

(5.2) * k̂=°̂ L.

Z ał oż enie  to  przyję to  z  koniecznoś ci,  gdyż  brak  jest  dan ych  n a  tem at  zm ian  wartoś ci

n apię ć  powierzchniowych  a'  i  a"  ze  zmianą   tem peratury.

6*



538 B .  BlEN tASZ

6.  N aprę ż enie  zwilż ają ce  a  stał e  w  równaniu  van der Waalsa

N aprę ż enie  zwilż ają ce  pozostaje  w  zwią zku  z  sił ami  mię dzyczą steczkowymi.  M iarą
zaś  oddział ywania  tych  sił   są  wartoś ci  współ czynników  wirialnych  w  termicznych  równa-
niach  stanu.  Z tego  powodu  dokon an o próby  porówn an ia  obliczają c,  dla  poszczególnych
cieczy,  wartoś ci  współ czynnika  wirialnego  z  równ an ia  stan u  van  der  Waalsa

(6.1)

gdzie

(6.2)

D la  cykloheksanu, rc- heksanu, rt- pentanu i  wody  znaleziono  wartoś ci  a i  b  w  tablicach
(por.  [4],  str.  409,  tabl.  2.2.1.2.2).  D la  1- chlorku  butylu  i  cis- 2- pentenu  wykorzystan o
empiryczną  zależ ność

(6.3)  b  =  0,15- V
k
.

Stał ą  a  obliczono  z  zależ noś ci

(6.4)  a  =  Ę - T
k
Rb.

o

Wartoś ci  V
k
  oraz  T

k
  wzię to  z  tablicy  1.  Wyniki  obliczeń  zestawiono  w  tablicy  6  i n an ie-

siono  n a  wykres  n a  rys.  11, p o  przyję ciu  dla  wody  % =   0.  N a  podstawie  otrzym an ych

Tablica 6

L.p.

1

2

3

4

5

6

Ciecz

Cykloheksan

n- Heksan

1- Chlorek  butylu

cis- 2- Penten

«- Pentan

Woda

Ozna-
czenie
punktu

na rys. 11

0

X

£\

U

•

10*-  b

m3/ mol

2,28

1,74

2,17

2,08

1,90

0,31

a

N -  m*
m ol2

2,31

2,46

3,28

2,77

1,92

0,55

m3/ mol

7,86

8,67

11,25

10,75

7,48

1,78

- 1 04 -   B,

m 3/ mol

5,58

6,94

9,08

8,67

5,58

1,48

pun któw  m oż na  stwierdzić  korelację  przedstawioną  linią  cią gł ą,  od  której  odbiega  jedn ak

pun kt  dla n- heksanu.



N APRĘ Ż EN IE  ZWILŻ AJĄ CE  DZIAŁAJĄ CE  NA  PĘ CHERZYK  PAROWY 539

3 0

20

y
//

/

X

" d '

/

8  10
0' f,  m3/ mol

Rys.  11

Literatura  cytowana  w  tekś cie

1.  A. W.  ADAMSON ,  Chemia fizyczna  powierzchni,  Warszawa  1963.

2.  S.  BRETSZNAJDER,  W ł asnoś ci gazów i  cieczy, WN T, Warszawa  1962.

3.  E.  RU CKEN STEIN ,  Remarks  on  nucleate  boiling  heat transfer from  a horizontal surface,  Int. J.  H eat and

Mass  Transfer,  3, 9  (1966)  229- 237.

4.  Praca  zbiorowa,  Poradnik  Fizykochemiczny,  WN T, Warszawa  1962.

P  e 3  io  M  e

H AnP i!> KEH H 5I C M A^ H BAE M O C T H ,

BO  BPEM fl

H A  n Y3Ł I P E K  IIAPA

Hj  m o  npHMeHaeiwaH   MOflejib  C H JI ,  fleftcTByiomax  Ha n y3H peK 3  BO3HHKaiomJai  n p a  aT-

MOccbepHOM  flaBneH H H  B  ciarcH oiiapnoM   HacwmeHHOM   KnneHHH   ny3tipEKOBoro  rana,  ocHOBaiiHan  Ha

noHHTHH   >KHflKoro  noflorpeBaTeJiBH oro  CJIOH   H  He yqH TWBaioman  MOJieKynnpHbix  CH JI  aflre3H H ,  H BJI H -

HeyflOBJieTBopHTeji&HOH.  OnHTHbiiH   n yiein  onpeflejieH bi  BnepBbie  3Ha^ceHHn  TaK  Ha3WBaeMoro

cma^HBaeMOCTH,  n o H a m e  o  KOTopoM   6 H J I O  H eflaBno  BBefleHO  B  TeopH io  KHneHim [3].

i  H   onpeflejieH M   npH6jiHH<eHHbie  cooTH om eiaia  Me>i<ffy  HanpH>KeHHeM

H   BHpHanŁHMM  i<03<i><i>Hij,HeHT0M  H3 ypaBHeHHH   BaH - flep- Baanbca.

S u m  m a r y

WETTIN G  TEN SION S AC TI N G   ON  A  VAPOR  BUBBLE I N  BOILIN G   PROCESS

A  liquid  surface  used  as  heating  surface  for  the  stationary,  saturated, bubble  type  boiling  under ba-

rometric pressure  leads  to  the conclusion that  the previous  model  of  forces  acting  on a  bubble  (without



540  B.  BIEMASZ

molecular  forces  of  adhesion)  is  inadequate  for  further  investigations.  F o r  the  first  time  the  so- called
«wetting  tensions»,  recently  introduced  to  the  theory  of  boiling  [3],  are  determined  experimentally.  The
dependence  of  wetting  tension  on  the virial  coefficient  in  the  Van  der  Waals  equation  is  established  and
aproximately  calculated.

WYŻ SZA  SZKOŁA  IN Ż YN IERSKA,  R Z E SZ Ó W

Praca  został a  zł oż ona  w  Redakcji  dnia  4  stycznia  1971 r.