Экспериментальное определение вязкости базальтовых расплавов при высоком давлении

2
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.......................................................... 4
Глава I. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ВЯЗКОСТИ МАГМАТИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ. ЭМПИРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СТРУКТУРЫ И РАСЧЕТА ВЯЗКОСТИ СИЛИКАТНЫХ СИСТЕМ .............................. 10
Глава 2. ТЕХНИКА И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ .... 31
§1. Аппарат высокого давления и реакционная камера
с ртутным затвором ............................... 31
§2. Обзор методов измерения вязкости расплава ......... 34
§3. Методы определения вязкости базальтов, примененные в работе .......................................... 40
§4. Методы измерения плотности, поверхностного натяжения и коэффициента диффузии воды..................... 45
§5. Погрешности эксперимента ......................... 52
§6. Обоснование выбора материала для исследования .. 56
Глава 3. ВЯЗКОСТЬ БАЗАЛЬТОВЫХ РАСПЛАВОВ (Экспериментальные
данные) ............................................... 61
§1. Вязкость базальтовых расплавов при нормальном
давлении........................................... 61
§2. Вязкость базальтовых расплавов в зависимости
от давления...................................... 65
§3. Вязкость расплава базальта под давлением воды .. 71
§4. Вязкость базальтовых расплавов в присутствии
воды и углекислоты ................................ 78
§5. Экспериментальные данные по некоторым свойствам, необходимым для анализа вязкости расплава ............. 79
Глава 4. ШЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ,
ДАВЛЕНИЯ, СОСТАВА И ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ НА
ВЯЗКОСТЬ БАЗАЛЬТОВЫХ РАСПЛАВОВ ........................ 93
3
§1. Энергия активации вязкого течения................ 93
§2. Влияние химического состава на вязкость расплава базальта ....................................... 96
§3. Анализ вязкости базальтов на основе диаграмм
типа (К02 + Яго1)-Яо-ц2о......................... 102
§4. Связь вязкости Ключевских базальтов с высотой
излияния......................................... 107
§5. Термодинамический анализ влияния летучих компонентов на вязкость и другие свойства базальтовых расплавов .................................... 110
Глава 5. ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ НА ОСОБЕННОСТИ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ И
ДИНАМИКИ БАЗАЛЬТОВЫХ РАСПЛАВОВ....................... 118
§1. Осаждение кристаллов в магматической колонне .. 119
§2. О всплытии газового пузыря ...................... 125
§3. Время заполнения расплавом мелких горизонтальных трещин........................................... 131
§4. Движение магматических потоков по склону
вулкана ......................................... 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................... 139
ВЫВОДЫ........................................................ 142
Список литературы ............................................ 144
15
На основе модели о жидкости, состоящей из твердых тел, предложенной для описания вязкости колоидных систем, Эйнштейн вывед уравнение:
у = у0 0 + 2,5 ср) где у - вязкость дисперсной фазы, <р - объемная концентрация дисперсной фазы.
В зависимости от объемной концентрации твердой фазы выражение (1.1) принимает вид:
/ , ч'2,5
(1.2)
ИЛИ
= 0- 3,5 ср)'2,5 (1.3)
где ^ =?*/!?0
Существо модели заключается в том, что жидкость становится неподвижной при близком расположении шаров, как это происходит, например, при кристаллизации жидкости.
Сопоставление с экспериментальными данными указывает на то, что действительные значения эффективной вязкости лежат между результатами, рассчитанным по уравнениям (1.2) и (1.3).
Бачинский /5/ эмпирическим путем установил зависимость меаду удельным объемом жидкости и ее вязкостью:
V = Сл/ -ь С «р (1.4) где V - удельный объем, f = — - текучесть, ьГ и С - константы.
При замене текучести на вязкость выражение (1.4) принимает следующий вид: с
V У-иГ (1.5)
Уравнение Бачинского оказалось хорошо применимым для
большого числа простых жидкостей, для которых в координатах
16
"удельный объем - текучесть" установлена прямолинейная зависимость. В то же время она непригодна для таких жидкостей, как вода, ртуть, спирты, кислоты и др.
Для оценки вязкости жидкости от давления уравнение Ба-чинского было применено в измененном виде:
Сравнение экспериментальных данных с расчетными показывает их некоторые различия. Это говорит о том, что вязкость не может быть функцией только объема.
Попыткам теоретического обоснования уравнения Бачинско-го посвящен ряд работ, однако доказать строгость этого выражения никому не удалось.
Андраде /115/ при выводе температурной зависимости вязкости учитывал изменение объема жидкости. Автор исходил из того, что механизм вязкости жидкостей должен существенно отличаться от газов и что жидкость по своим свойствам мало отличаются от твердых тел. Рассматривая вязкость жидкости при температурах близких к кристаллизации он считал, что температура будет влиять только на число молекул, обладающих достаточной потенциальной энергией, чтобы осуществить передачу количества движения от слоя к слою. Экспоненциальная зависи-
мость ^=Аег не учитывает изменение объема от температуры. За счет увеличения расстояния между молекулами с температу-
рой вязкость будет снижаться в соответствии V 3 и потенциальная энергия молекул будет являться функцией объема. Зависимость вязкости от температуры Андраде имеет вид:
д.
ъ-ъ
(1.6)
с
4.
_с_
УТ
(1.7)