Безнапорное заполнение капилляра в асимптотической теории смачивания
1
УДК 532.6
Безнапорное заполнение капилляра
в асимптотической теории смачивания
© А.С. Романов, А.В. Семиколенов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Рассмотрен подход к непротиворечивому описанию динамического угла смачи-
вания при растекании капельной жидкости вдоль твердой поверхности с учетом
дополнительного химического потенциала (расклинивающего давления) для ча-
стиц жидкости в тонких слоях жидкости вблизи линии трехфазного контакта.
Применение развиваемой теории продемонстрировано на примере расчета ско-
рости безнапорного заполнения плоского капилляра частично смачивающей
жидкостью.
Ключевые слова:
частично смачивающая жидкость, тонкая пленка, поверхност-
ное натяжение, расклинивающее давление, трехфазный контакт, краевой угол,
капилляр.
Движение жидкости, имеющей свободную поверхность, отлича-
ется значительным своеобразием, так как потоки массы, импульса и
энергии на свободной поверхности связаны с перемещением самой
поверхности. Форма свободной поверхности при растекании жидко-
сти вдоль твердой поверхности зависит от взаимодействия жидкости
с первоначально сухой твердой поверхностью, т. е. от процесса сма-
чивания. В классической теории считается, что на линии трехфазного
контакта, т. е. на линии пересечения свободной поверхности жидко-
сти с твердой поверхностью, вдоль которой происходит растекание
жидкости, выполняется условие равновесия Юнга. Для частично
смачивающей жидкости полагается, что соответствующий равновес-
ный угол смачивания (всегда отсчитываемый со стороны жидкости)
имеет значение
0
2
e
< α < π
. Отказ от условия Юнга при растекании
невозможен, так как это означает отсутствие локального термодина-
мического равновесия вблизи линии трехфазного контакта.
Проблема описания явления смачивания может быть решена на
основе учета реальных сил физико-химического происхождения,
возникающих в тонких слоях жидкости. Эти силы часто называют
расклинивающим давлением. (Термин «расклинивающее давление» в
настоящее время является общепринятым и был впервые введен
Б.В. Дерягиным [1, 2].) В [3] было показано, что такой подход согла-
суется с теорией Рэлея и приводит к физически очевидному факту,
что скорость растекания при смачивании для частично смачивающей
