一种基于数字图像的表面张力测量方法_悬滴法_赵海龙.pdfVIP

第 25 卷 第 1 期 实 验 力 学 Vo l. 25 No . 1 2010 年 2 月 JO U RN A L OF EX PERIM EN T A L M ECH A N ICS Feb. 2010 文章编号: 1001-4888( 2010) 01-0100- 06 一种基于数字图像的表面张力测量方法 ) ) ) 悬滴法 * 赵海龙, 刘大顺, 陈效鹏 ( 西北工业大学 力学与土木建筑学院, 西安 710129) 摘要: 介绍了悬滴法测量表面张力的基本原理。通过重力作用下被悬挂液滴外形与表面/ 界面 张力之间的关系, 本文开发了一套基于该思想的表面张力测量装置及相应的数据处理软件。对 水、无水乙醇以及两者混合物的表面张力测量及误差的分析结果显示, 对于低粘度液体而言, 该 方法具有简便、精确、成本低廉等显著特点。 关键词: 悬滴法; 表面张力; 混合物表面张力 中图分类号: O353. 5 文献标识码: A 0 引言 表面张力测量是目前大量工程实际、技术科学领域所必须面对的问题。当前各界人士密切关注着 环保、新型材料、石油化工等诸多领域。而这些领域的发展、各种高性能产品品质的提升都与相关材料、 流体的表面性质息息相关。对于原材料表面性质的认识, 以及为了达到特定目的而进行的表面性质改 良从而也成为相关研究的重点。而表面/ 界面张力测量可以为人们提供气液、液液之间相互作用的第一 手信息。通过这些信息, 可以推断出材料的粘附、浸润、生物相容、润滑、吸附等各种重要特性, 从而为相 关的科学技术发展提供重要支持。 目前表面张力测量手段有很多种, 静态表面张力测定的方法主要有毛细管上升法、悬滴法[ 1] 、环法、 最大气泡法、滴重法[ 2] 和滴体积法等[ 3] 。而目前我国相关产品还主要基于环法, 该方法相对而言操作复 杂, 易受环境干扰, 且由于人为操作的原因, 测量结果的分散度较大。本研究将主要围绕悬滴法测量原 理、系统集成开展工作, 该方法测量设备简单, 准确度较好, 样品用量少, 实现自动化较为简单, 能够用于 一般液体的表面/ 界面张力的测定。 尽管悬滴表面张力测量法的思想已提出多年, 但近期仍有大量相关研究。2008 年, Lee[ 4] 等对悬滴 法( pendant drop methods) 等测 量 方法 的 发展 与现 状 进行 了 综述, 其中 分 析 了液 滴 重 力法 ( drop w eight) 中基于 Lee-Chan-Pogaku( LCP) 模型和 H artland-Gunde( H G) 方程的修正适用范围, 以及该方 法在高粘度流体表面张力测量方面的不足和发展。Juza[ 5] 从理论角度细致分析了液滴形状-表面张力 之间的平衡关系, 并建立了相关的参数表格。Song 等[ 6] 以及 T hiessen 等[ 7] 采用图像处理技术, 并结合 悬滴法理论, 精确测量了液滴表面张力, 其工作使该方法趋于完全自动化。M oradian[ 8] 结合数值模拟方 法利用悬滴法, 对高温液滴的表面张力测量方法进行了分析。 而国内对于表面张力测