efekty dynamiczne w układach ciecz

PRACE WYDZIAŁU INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
T. XXX, z. 2
2006
EFEKTY DYNAMICZNE W UKŁADACH CIECZ-GAZ
Z AKTYWNA˛ POWIERZCHNIA˛ MIE˛DZYFAZOWA˛
Tomasz R. Sosnowski
Zakład Procesów Podstawowych i Ochrony Środowiska
Re˛kopis dostarczono 23.03.2006 r.
Przedmiotem pracy jest analiza zjawisk dynamicznych, przebiegaja˛cych przy powierzchni
ciecz-gaz w obecności zwia˛zków powierzchniowo czynnych. Szczególna˛ uwage˛ zwrócono na
efekty hydrodynamiczne wywoływane przez zaburzenie rozkładu napie˛cia powierzchniowego,
be˛da˛ce skutkiem mechanicznego naruszenia równowagi. Przy wykorzystaniu wyników własnych badań, rozważano: (i) zagadnienia kinetyki adsorpcji surfaktantu i obniżania napie˛cia
powierzchniowego w układach o zmiennej hydrodynamice, (ii) reakcje˛ obszaru powierzchniowego na zaburzenia mechaniczne różnego typu (problem reologii powierzchniowej), (iii) powstawanie efektów Marangoniego w układach z odkształcana˛ powierzchnia˛ oraz ich wpływ na
ruch masy i trwałość pian. Przedyskutowano wyste˛powanie i znaczenie dynamicznych efektów
powierzchniowych w układach ciecz-gaz stosowanych przemysłowo. Wiele miejsca poświe˛cono
także rozważaniom procesów dynamicznych biegna˛cych w układzie surfaktantu płucnego, który
uznano za szczególnie dogodny obiekt do modelowej analizy. Wynika to ze specyfiki tego
układu, w którym zwia˛zki o wysokiej aktywności powierzchniowej sa˛ zawarte w cienkiej warstwie cieczy, kontaktuja˛cej sie˛ z faza˛ gazowa˛ i podlegaja˛cej cyklicznym deformacjom w rytm
oddychania. Dominuja˛ca˛ role˛ dynamicznych efektów powierzchniowych w takim układzie
wykazano w badaniach doświadczalnych z wykorzystaniem wagi Langmuira i tensjometrii
pe˛cherzykowej oraz przy zastosowaniu modelowania teoretycznego. W rozważanym układzie
analizowano efekty hydrodynamiczne, wynikaja˛ce z gradientów napie˛cia powierzchniowego,
i ich wpływ na ruch masy. Potwierdzono znacza˛ca˛ role˛ efektów Marangoniego w procesach
transportowych przebiegaja˛cych w płucach. Rozważano również problem wykorzystania wyników tensjometrii dynamicznej do oceny właściwości surfaktantu płucnego, decyduja˛cych o wypełnianych przezeń funkcjach fizjologicznych. Wskazano na możliwość zaburzenia tych funkcji
przez wybrane gazy i aerozole, tworza˛ce zanieczyszczenie powietrza lub zawarte w lekach
podawanych droga˛ inhalacyjna˛. Wykazano, że zaburzenie to odbywa sie˛ na skutek zmian
w przebiegu dynamicznych procesów powierzchniowych w układzie surfaktantu płucnego,
wywołanych przez efekty natury fizykochemicznej. Postawiono i udowodniono, w pomiarach in
vitro, hipoteze˛ dotycza˛ca˛ mechanizmów oddziaływania wdychanych cza˛stek i gazów z substan-
4
Oznaczenia
symbols
cjami powierzchniowo czynnymi obecnymi w płucach, formułuja˛c wnioski znajduja˛ce zastosowanie w toksykologii i medycynie. W pracy zaakcentowano znaczenie wykorzystania metod
badawczych oraz poje˛ć z zakresu inżynierii chemicznej i procesowej w rozwia˛zywaniu problemów fizjologii, wskazuja˛c na możliwości, a jednocześnie potrzebe˛ ekspansji nauk technicznych
na nowe obszary tematyczne.