中国石油大学(华东)岩石润湿性测定实验

岩石润湿性测定实验

一、实验目的

1、了解光学投影法测定岩石润湿角的原理和方法；

2、了解界面张力的测定原理和方法；

3、加深对岩石润湿性、界面张力的认识。

二．实验原理

1．光学投影法测定岩石润湿角

液体对固体表面的润湿情况可以通过直接测定接触角来确定。将待测矿物磨成光面，浸入油(或水)中，如图1所示，在矿物光面上滴一滴水(或油)，直径约1～2mm，然后通过光学系统将一组光线投射到液滴上，将液滴放大、投影到屏幕上，直接测出润湿角，或测量液滴的高度h和它与岩石接触处的长度D，按下式计算接触角θ：

2h tg=

2D

式中，θ—润湿角，°；

h—液滴高度，mm；

D—液滴和固体表面接触的弦长，mm。

图1 投影法润湿角示意图

2．悬滴法测定液滴界面张力

悬滴法适用于密度差较大的测定液-液或气-液之间的界面张力，测量范围为10-1～10-2mN m。

液体自管口滴落时，当液滴接近最大直径时，用光学设备记录下液滴图像。测量液滴的相关参数，利用下式计算界面张力：

2

gd =H ερσ∆ ，12=ρρρ∆- ，sn n d =d S ε

式中，σ—界面张力，mN m ；

12ρρ、 —待测两相流体的密度，3

g cm ；

ρ∆—两相待测试样的密度差，3g cm ；

d ε—实际液滴的最大水平直径，cm ； sn d —从液滴底部算起，高度为n

d 10

ε高度处液滴的直径，cm ； n S —液滴

n

d 10

ε高度处的直径与最大直径的比值； H —液滴形态的修正值，由n S 查表得到。

（a ）烧杯中气泡或液滴形状 （b ）气泡或液滴放大图

图2 悬滴法测界面张力示意图

三、实验仪器

图3 HARKE-SPCA接触角测定仪

四、实验步骤

1、将直流电源的插头一端插入接线板内另一端插入仪器后面的电源插座内；

2、将通讯线连接主机与计算机COM2通讯口；

3、打开接线板的电源开关；

4、旋转仪器后面的光源旋钮，顺时针旋转，看到光源亮度逐渐增强；

5、打开接触角软件图标；

6、开启视频；

7、调整滴液针头。初次使用接触角测定仪对焦比较繁琐，首先向下移动滴液针头，停在变倍显微镜水平线以上的位置，然后旋转固定在上下移动器上的水平移动旋钮，左右调整针头，当软件图像显示窗口出现针头虚影时停止；

8、调整调焦手轮，直到图像清晰；

9、将显微镜放大倍数调整到1.5倍；

10、将吸液管吸满液体安装在固定夹上。旋转测微头，液体将缓缓流出，形

成液滴；

11、用脱脂巾擦干针头上的液体，再在工作台上放置被测的固体试样。最好

是长条的20×60mm左右；

12、点击配置栏，在试验设置对话框，在相关栏添入相关数值；

13、上升移动工作台至界面上红色水平线的下方（1mm左右），见图4；

14、旋转测微头，当针头流出大约3-5ul左右的液体时停止；

15、旋转工作台升降手轮，使试样表面接触液滴，然后下降一点。液滴显示

在视窗内，见图5；

16、点击开始试验绿色三角形图标，试验将按照设置的时间间隔自动拍摄图

像，直至完毕；

17、关闭视频，点击软件界面下面的电影图片任意一张，图片将显示在大窗

口中，见图6。

图4 图5 图6

五、结果分析方法

1、切线法

将抓拍的图像在测量屏内进行测量。选择切线法，在液滴的一端左键点击一下松开，拉向另一端点点击一下，沿液体外轮廓做液体的切线，数值自动显示在图像的左上角上。点击右键将结果可以保存在图片上。见图7。

图7

2、高宽法

该法适应于小液滴，忽略重力影响，也叫小液滴法。点击图标，在液体一端点击一下，然后拉向另一端点击，液滴地平线中点有一个小竖线，鼠标移动到地平线中点点击一下，竖向拉向液体的最高点，接触角值自动显示出来。点击右键将结果保存在图片上。见图8。

图8

3、圆环法

圆环法，该方法较上述方法精度准确。选取此方法图标，按提示在液滴

一端点击一下，再在圆环上选择第二点，最后在液滴的另一端点点击一

下。拖动鼠标返回到第一端点点击鼠标，松开后拉向另一端点，接触角

自动显示。点击右键将结果保存在图片上。见图9。

图9

4、基线圆环法

打开保存的接触角图像照片，点击方法图标，显示一条水平线，将其移动到液体的底面。在液体轮廓上点击两点，包括液体外线，点击一下。接触角值自动显示。点击右键保存测量值即可。见图10。

图10

六、数据处理与计算

表1 润湿角数据记录

图片处理方法 润湿角/（º） 切线法 61.043 高宽法 63.988 圆环法 62.245 基线圆环法

64.304

表2 高宽法测量润湿角数据记录表

测试 方法 固体 性质 液滴与固体 接触时间/s

液滴高度 h/mm 弦长D/mm 润湿角/(°) 计算值 切线法值 座滴法

亲水性

13.9

44.5

63.988

61.043

图11 切线法投影结果 图12 高宽法投影结果

图13 圆环法投影结果 图14 基线圆环法投影结果

七、小结

这次实验用了4种方法来对来测量，这样可以比较不同方法的优劣，同时增加了实验的准确性，这对以后的实验有指导意义。此外借助计算机软件可以大大的简化实验的步骤同时提高准确度，在以后的学习中要多加运用软件来解决问题。

实验中制造的水滴应该不太不小，从而可以忽略重力对于实验的影响，并且在此实验的基础上，可以考虑重力的影响并且对结果进行修正，得到更精确的润湿角。