МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КАПЛИ ОТРАБОТАННОГО МАСЛА И СЛОЯ ВОДЫ

 

MECHANISM OF INTERACTION ТНЕDROPOF WASTE OIL AND LAYER OF WATER

 

Латышенко М.П., Герасименко С.В. (КузГТУ, г. Кемерово, РФ)

Latyshenko M.P., Gerasimenko S.V. (KuzTSU, Kemerovo, RF)

 

Рассмотрен механизм взаимодействия капли отработанного масла и слоя воды.

Consideredthe mechanism of interaction the dropof waste oil and layer of water

 

Ключевые слова: экология, капля масла, вода

Keywords: ecology, dropofoil, water

 

Загрязнения, вызванные выбросом отработанного масла из автомобилей, являются опасным с точки зрения экологии и в то же время малоизученным явлением, что не позволяет разработать качественные методы борьбы с ним.

Для создания адекватной методики определения загрязнений от отработанного масла необходимо изучить механизмы загрязнений в различных природных и климатических условиях. Одним из наиболее часто встречающихся условий являются те, при которых загрязняющий фактор (в нашем случае это отработанное масло) взаимодействует со слоем жидкости.

При помощи лабораторной установки ПК-1 были проведены испытания с падающей в жидкость и на сухую поверхность каплей отработанного масла. Варьировались высота падения, типы масел.  Результаты в случае с сухой ровной поверхностью для различных высот падения и видов  масел при равном количестве капель отличались незначительно (рис. 1), что позволяет нам рассматривать в расчётах общий случай без учёта свойств масел, приняв среднюю высоту падения.

В ходе испытаний было замечено, что падающая в воду капля масла либо остаётся на поверхности воды, постепенно растекаясь (рис. 2, в), либо проходит сквозь слой жидкости и прилипает к  твёрдой поверхности (рис. 2, г). В первом случае при стечении воды масло будет утекать вместе с водой. Во втором капля будет вести себя так же, как и при падении на сухую поверхность. Очевидно, что различия в поведении капли обусловлены неравными толщинами слоя жидкости – H.  Необходимо определить критическое значение – Hmax, максимальная глубина, которую капля может пройти насквозь, оставшись под водой.

Рисунок 1- Зависимость диаметра пятна от количества капель

 

Рисунок 2- Взаимодействие капли масла и слоя воды

 

Рассмотрим действующие в данной системе силы (рис. 2). Падающая капля обладает потенциальной энергией, равной:

,

где высота падения капли, ();  – ускорение свободного падения ();  – масса капли, которую можно определить по формуле:

,

где  плотность масла ();  – объём капли.

Рассчитывая объём капли, как объём шара радиусом , при  получим:

.

Тогда масса капли будет равна:

.

.

  Вода имеет энергию поверхностного натяжения:

,

где  – поверхностное натяжение воды (,

 – площадь поверхности воды.

Для поверхности, ограниченной окружностью диаметром , при  площадь будет равна

.

.

  Кроме того, движению капли будет препятствовать сила сопротивления воды движению , равная:

,

где – безразмерный коэффициент;  - плотность воды (1000 кг/м3);  – скорость капли в момент ударения.

,

 – площадь максимального сечения капли.

Считая сечение капли круглым, площадь можно определить как:

,

.

Чтобы пройти слой жидкости, потенциальная энергия падающей капли  должна превысить энергию поверхностного натяжения воды  и силу сопротивления воды движению  на глубину, то есть:

.

Тогда максимальная толщина слоя, который капля сможет пройти насквозь, определится как:

.

При подстановке получим:

 

Таким образом, нами разработан механизм взаимодействия капли отработанного масла и слоя воды. При этом получена критическая глубина  (при наших условиях). Если толщина слоя воды будет превышать , капля масла будет оставаться на поверхности воды, со временем растекаясь. Если же слой воды окажется меньше критического значения, энергии капли будет достаточно и она, пройдя воду, «прилипнет» к поверхности дна.

Список использованных источников

1.      Гегузин, Я. Е. Капля/ Я.Е. Гегузин.– М.: Наука, 1973.

2.      Трофимова, Т.И. Курс физики/ Е.И. Трофимова.– М.: Высшая школа, 2007.

3.      Чугаев, P.P. Гидравлика/ Р.Р. Чугаев. – Л.: Энергоиздат, 1982.