溶质在溶剂中溶解的流体力学研究

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1、溶质在溶剂中溶解的流体力学研究摘要：在一个以恒定角速度旋转的容器中，其中溶剂与容器不发生相对运动，容器中固体溶质的溶解与常温静置溶解条件相同。在一个模拟洗衣机正转反转的容器中，涡流形成的原因主要是溶剂和容器壁之间摩擦力产生的沿切线方向的加速度，但容器的正反转抵消了这一加速度。故容器中沉淀的固体溶质的主要溶解方式除了分子布朗运动外为溶剂和溶质相对运动时产生的摩擦力。溶质溶解的速度与溶剂体积并无明显相关性。在溶剂中插入一根T字型搅拌棒并使其以恒定的角速度旋转使溶液中形成一个强迫涡，溶解速度与溶剂体积并无明显相关性，溶解速度与搅拌棒T字型头部具容器底部距离成

2、反比。中国7/vie　　关键词：流体力学；涡流；溶解　　Abstract：Inacontainerspinningataconstantangularvelocity，relativemotiondoesn’toccurbeteasthoseattheroomtemperature.Inacontainerulatestheclockotionofmolecular，thedepositedsolidsdissolvesmainlybythefrictiongeneratedbytherelativemovementbetakingitspinatac

3、onstantangularvelocityeofsolvent.ButthedistanceofthetipoftheT-shapedstirrerfromthebottomofthecontainerisinverselyproportionaltothedissolvingspeedofthesolute.　　Keyechanics；Eddycurrent；Dissolution　　一、引言　　溶�

4、的溶解主要是因为物体分子间的布朗运动，而溶解速度与布朗运动的剧烈程度息息相关。流体力学是研究流体在各种力作用下的平衡和机械运动规律及其在工程实际应用

5、的一门学科[1]。国内外的相关研究成果已经应用在豆浆机、搅拌器等厨房料理机器上，如果能结合流体力学的知识对溶质在溶剂中的溶解进行研究，或许会有新的发现。这一项研究有助于开发更优化的管道清洗方案提高工厂的工业生产效率。　　二、研究内容　　（一）匀角速度旋转状态下溶质溶解速度的研究　　1.实验方法　　本试验研究采用控制变量法，实验分为两组：第一组实验以水的溶剂体积为变量，研究溶质固体粉末状Nacl的溶解时间与溶剂体积的相关关系，第二组为常温溶质溶剂量都相同的静置溶解的对照组。　　在研究[2.1]、[2.2]实验中提供匀角速度的仪器由乐高机器人（ev3）组装

6、而成。　　经过测试，在连续以相同角速度旋转十圈以后，机器人每圈时间误差不超过0.01s，保证了实验的精准。乐高机器人的零件制作水准达到航天工业级，运行时的稳定性和精确度很有保障，故足以胜任提供匀角速度的工作。　　次数/能量值5101520　　第一次75.855s39.919s27.047s20.49s　　第二次76.087s39.768s27.018s20.452s　　第三次76.055s39.796s27.023s20.451s　　上表是以不同能量值使马达旋转十圈后所花的时间对比　　上图左侧的仪器为实验中提供角速度的装置，使用时固定杯子的平台会旋转，

7、从而给杯子施加角速度。右侧的计时器为iphone4s手机内置计时软件。　　2.实验步骤　　第一组首先在直径为6cm内壁高度为7.5cm的玻璃杯中（简称一号杯）加入25ml、50ml、75ml、100ml的水，再放入1g固体粉末Nacl，最后对容器施加恒定的转速为1.18s/r的转速，观察固体粉末Nacl溶质溶解状态并记录溶解所花费的大致的时间（精确到十秒）。实验中根据情况在液体中滴加蓝颜色墨水后观察墨水溶解状态（蓝颜色墨水的溶解并不会对Nacl的溶解产生影响或发生胶体聚沉）。　　第二组分别在四个一号杯内加入25ml、50ml、75ml、100ml的水和

8、1gNacl静置溶解。　　实验观察到两组溶质溶解所花时间都超过一个小时，且所花时间几乎相同。　　3.实验结果