Столб жидкости над газом, когда и почему газ поднимается через жидкость?

У меня вертикально надо мной висит длинная соломинка («трубка малого» диаметра постоянного сечения). Соломинка наполнена жидкостью (водой). Я вдуваю конечный объем воздуха (газа) в нижний конец соломинки. Ввод газа в нижний конец соломинки осуществляется таким образом, что газ охватывает весь диаметр соломинки. Газ поднимает над собой столб жидкости, но не «пузырится» через жидкость. Газ и жидкость теперь находятся в гидростатическом равновесии; столб газа внизу, а столб жидкости над газом.

Теперь я представляю соломинку в форме «воронки» или «конуса», т. е. ту, где диаметр соломинки «большой» в верхней части. ( Д т о п >> Д б о т т о м ) и постепенно уменьшается к низу ( Δ Д / Δ л << 1 ) , где диаметр этой соломинки внизу такой же, как и в предыдущем сценарии. Следуя тому же сценарию, что описан ранее, я ввожу воздух в нижний (меньший) конец соломинки. Я бы представил, что если я введу немного объема газа, то весь столб жидкости сместится вверх, а газ останется под столбом жидкости. Но я также могу представить, что если я накачаю достаточно воздуха, чтобы верхняя часть газового столба достигла определенного (большего) диаметра соломинки, газ на этой поверхности раздела вырвется в виде пузыря и поднимется через столб жидкости. .

Верна ли эта интуиция? Если «да», то какова основная физика? Что определяет, будут ли пузырьки газа подниматься через соломинку или нет?

Ответы (1)

Говорят, что трубка, наполненная жидкостью, по которой пузырьки воздуха могут подниматься вверх, в то время как жидкость вытекает снизу, поддерживает двухфазный поток . Итак, ваш вопрос можно перевести так: какие условия необходимы для поддержки двухфазного потока?

Двухфазный поток регулируется балансом между силами поверхностного натяжения в трубке и силой тяжести, притягивающей жидкость в трубке. Величина сил поверхностного натяжения определяется радиусом кривизны жидкости в трубке, который, следовательно, включает внутренний диаметр трубки. Двухфазный поток требует сильной гравитации, низкого поверхностного натяжения и большого диаметра трубы. Маленькие трубки препятствуют этому, как и слабая гравитация и высокое поверхностное натяжение.

В случае достаточно маленьких трубок, достаточно слабой гравитации и достаточно высокого поверхностного натяжения жидкость и воздух должны занимать трубку по очереди, потому что они не могут протискиваться друг мимо друга в трубке. В этом случае также часто можно увидеть, как пузырьки воздуха чередуются с каплями жидкости по длине трубки; в этом случае силы поверхностного натяжения преобладают над гравитацией.

Спасибо. Есть ли какое-либо уравнение или ресурс, на который вы можете мне указать? Когда вы говорите жидкость, вы имеете в виду жидкость? Кроме того, я не уверен, считается ли земная гравитация «сильной» гравитацией, но следующее предполагает гравитацию в 1 г. Когда бурится газовая (углеводородная) скважина (т. е. «труба большого диаметра»), является ли высокий столб жидкости над газом (т. е. «большой» гидростатический напор или давление жидкости), который предотвращает образование пузырьков газа через жидкость? или это потому, что диаметр скважины все еще слишком мал, или это связано с высоким поверхностным натяжением (или их комбинацией)?
Есть безразмерное число (например, число Рейнольдса), которое позволяет это предсказать, но я не могу вспомнить его название или формулу для него, которую я когда-то знал в прошлой жизни инженером.
Возможно, это номер Бонда ?
может быть... но я не знаю.
Столб жидкости над газом, когда и почему газ поднимается через жидкость?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v