1-3.11. Поведение капиллярной жидкости при разных заполнениях пор

Такое скопление жидкости называется жидкостной манжетой, а жидкость — стыковой (пендулярной). Капиллярное давление стыковой жидкости будет равно:

где К — некоторая постоянная, зависящая только от угла ζ.

Если жидкости мало, то она распределена дискретными разобщенными кольцами в точках соприкосновения частиц (капиллярно разобщенное состояние или состояние защемленной жидкости). Если размеры частиц малы, то по мере поступления жидкости манжеты постепенно увеличиваются и сливаются между собой. Такое слияние происходит при угле ζ=30°(рис. 1-17)

В этот момент капиллярное давление при наиболее плотной укладке равно рσ1 = 4,1σ/R, а содержание жидкости составляет 22,6% от объема пор (18,3% при кубической укладке).

Клинья жидкости находятся теперь в контакте между собой; имеется, следовательно, возможность непрерывного перехода от одной точки жидкой пленки к другой. По мере увеличения количества жидкости пленка утолщается в перехвате (рис. 1-17) и, наконец, ячейка полностью заполняется водой. Наступает так называемое капиллярное состояние. Тогда капиллярное давление становится равным рσ2 = 6,9 σ/R что соответствует переходу канатного состояния в капиллярное при поглощении жидкости*.

В обратном процессе (постепенное увеличение количества жидкости), при переходе от капиллярного состояния в канатное, вначале образуется мениск в поверхностных порах, который продвигается внутрь. Капиллярное давление увеличивается и при вступлении мениска в наиболее узкую часть поры становится равным рσ3=12,9 σ/R. Затем мениск продвигается в следующую ячейку.

Этот момент соответствует неустойчивому состоянию, расширение мениска•происходит внезапно, жидкость перераспределяется с небольшим уменьшением рσ.

Таким образом, при удалении жидкости из пористого тела капиллярное состояние заменяется канатным (состояние защемленного воздуха), затем стыковым (состояние защемленной жидкости).

В последнем случае давление равно рσ = 12,9σ/R в то время как при поглощении жидкости давление рσ = 4,1σ/R. Отсюда следует, что процесс поглощения и удаления капиллярной жидкости необратим.

*Канатным состоянием жидкости называется такое состояние, когда имеется непрерывная жидкая пленка, обволакивающая частицы тела. Капиллярное состояние отличается от канатного наличием хотя бы одной свободной поверхности для образования мениска капилляра.