This page has been robot translated, sorry for typos if any. Original content here.


Світіння рідини в тонких діелектричних КАНАЛАХ

Світіння рідини в тонких діелектричних КАНАЛАХ. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

Світіння рідини в тонких діелектричних КАНАЛАХ

Герценштейн С.Я., Монахов А.А.

Залиште коментар

У попередніх експериментальних дослідженнях течії слабопроводящому рідини в тонких діелектричних каналах виявлено явище - світіння рідини [1,2]. Світіння можна спостерігати неозброєним оком при денному освітленні. Опис цього явища як у вітчизняній літературі, так і в зарубіжній, нами не виявлено.

У даній роботі наводяться результати дослідження течії рідини в каналі діаметром 0.1 см і довжиною 5 см. Рух рідини задається перепадом тиску, числа Re при цьому не перевищували 600.

Світіння рідини в тонких діелектричних КАНАЛАХ

Мал. 1.

Розглядалися два види складеного каналу з різними матеріалами уздовж його осі (Рис.1). У першому варіанті початкова область каналу довжиною 3 см. була виконана з фторопласта марки Ф4МБ і крайова його частина 2 см. з тим же діаметром з органічного скла. Фторопласт цієї марки має питомий опір 1017 в / м, а органічне скло на 7 порядків менше. В якості рідини використовувалося технічне масло з в'язкістю 75 сСт.

У другому варіанті між фторопластом і органічним склом вставлялася латунна вставка товщиною 2 мм. з таким же діаметром. В обох випадках геометричні розміри каналів були однаковими. Канал з такими даними представляє початкова ділянка труби, де відбувається формування профілю швидкості від прямокутного, до параболічного. Тут же відбувається основне прискорення ядра течії і значне падіння тиску [3].

Проведені дослідження для каналу першого виду (без латунної вставки) показали виникнення світіння рідини від кордону розділу діелектриків в напрямку руху потоку при швидкості близько 15 м / с (Рис.2).

Тут (1) - канал з фторопласта, (2) - продовження каналу з органічного скла, (3) - область світіння рідини на межі поділу діелектриків. Рідина рухається від низу до верху.

Світіння рідини в тонких діелектричних КАНАЛАХ

Мал. 2 Світіння рідини в складеному каналі фторопласт-оргскло

З ростом швидкості потоку, область світіння збільшується. При реєстрації світіння фотоелектронним помножувачем, встановлена його дискретність у вигляді окремих спалахів з частотою до 50 кГц, що супроводжуються електромагнітної перешкодою в радіодіапазоні. Спостерігається хороша кореляція за часом спалахи світла з електромагнітної перешкодою. При різкому збільшенні швидкості потоку, яскравість світіння і зростає.

Причина світіння пов'язана з електризацією стінки каналу і рідини. У початковій ділянці каналу на довжині 5-10 калібрів відбувається основний розгін ядра течії і падіння тиску. Це призводить до мелкопузирьковому скипанню розчинених газів в рідині і утворення заряду на стінці каналу і в рідини. Другим фактором освіти зарядів на стінці є прояв електрофізичних властивостей матеріалу каналу. Фторопласт (політетрафторетилен (CF2 - CF2) n) є хорошим ізолятором, робота виходу електронів становить Δ (еφ) = 10,1 ев. Цей параметр часто визначається по виникненню струму емісії з поверхні матеріалу при деякому значенні напруженості електричного поля (ефект Шотки).

Δ (еφ) = е 3 Е 1/2

Для фторопласта Екр = 7 * 108 в / см. Фторопласт, як і багато що містять фтор матеріали, має більшу величину спорідненість до електрону. Це пояснюється найбільшим значенням електронегативності у фтору. Необхідно і відзначити, що фторопласт є не тільки гідрофобним матеріалом, але і олеофобним. І в цьому випадку в початковій ділянці каналу може відбуватися проскальзованіе рідини щодо стінок каналу [4].

Світіння рідини в тонких діелектричних КАНАЛАХ

Мал. 3. Світіння рідини в каналі за латунним кільцем.

При русі рідини формується подвійний електричний шар з негативним потенціалом на стінці каналу і позитивним в рідини. При швидкості потоку 15 м / с його напруженість ще мала для виникнення польовий емісії на стінці каналу з фторопласта, але достатня для виникнення емісії на стінки каналу з органічного скла. В результаті емісійний струм збуджує частина молекул рідини з випромінюванням останніми квантів світла у вигляді спостережуваного світіння ..

В експериментах з розміщенням латунної вставки між фторопластом та оргстеклом і спостерігалося світіння. Як і в першому варіанті каналу, тут і формується подвійний електричний шар на стінці з фторопласту. Його інтенсивність зростає зі збільшенням швидкості потоку. Як відомо, робота виходу електронів у металу набагато менше, ніж у діелектрика і тут світіння більш інтенсивне ніж в каналі без металевої вставки при тій же швидкості потоку 15 м / с. (Рис. 3).

Тут (1) - канал з фторопласта, (2) - латунне кільце, (3) - область світіння рідини за латунним кільцем, (4) - продовження каналу з органічного скла. Рідина рухається від низу до верху.

Найбільш яскрава область світіння спостерігається над латунним кільцем, де відбувається польова емісія електронів і збудження молекул рідини. Далі по потоку відбувається рекомбінація молекул рідини, яка спостерігається у вигляді блакитного світіння.

Інтенсивне світіння в каналі призводить до підвищення температури рідини. Вимірювання показали, що температура рідини на виході каналу підвищується на 10 градусів. Процес польовий емісії характеризується не тільки розігрівом поверхні каналу і рідини, але і руйнуванням стінок каналу за рахунок руху до неї позитивних іонів. Руйнування відбувається як кромки каналу, так і стінки з органічного скла (Рис. 4 а, б)

Світіння рідини в тонких діелектричних КАНАЛАХ

Мал. 4 а

Мал. 4 б

Торець каналу до початку експерименту і через 30 хв.

Реєстрація світіння фотоелектронним помножувачем показала, що світіння у вигляді спалахів відбувається і при постійному тиску. Однак інтенсивність світіння зростає при різких пульсаціях швидкості.

Мал. 5. Осцилограма інтенсивності світіння (3), електромагнітного
фону (2), при квазістатичному зміні тиску (1).

На Рис. 5 представлена осцилограма інтенсивності світіння (3), електромагнітного фону (2) при квазістатичному зміні тиску (1) перед вхідними кромкою каналу. Спостерігається хороша кореляція між спалахом світла і електромагнітної перешкодою.

В ході проведення експериментальних досліджень і встановлено, що електропровідність рідини істотно впливає на електризацію і, відповідно, на інтенсивність світіння. Аналогічні результати були отримані в розрахунках [5].

Невеликий фільм про світіння рідини в діелектричному каналі з латунної вставкою можна подивитися тут.

Таким чином, згідно з проведеними експериментальними дослідженнями течії слабопроводящому рідини в каналі c мінливими електрофізичними властивостями, виявлено нове явище - світіння рідини. Встановлено області з великою напруженість електричного поля. Показано, що світіння виникає на кордоні зміни електрофізичних властивостей матеріалу каналу і є наслідком флюоресценції рідини. Світіння має дискретний характер і супроводжується електромагнітної перешкодою.

ВИКОРИСТОВУВАНА ЛІТЕРАТУРА

  1. Баранов Д. С., Бухарін Н.С., Герценштейн С.Я., Монахов А.А. Електризація слабопроводящому рідини в тонкому діелектричному каналі // Тези доповідей XIII школи-семінару «Сучасні проблеми аерогідродинаміки». 5-15 вересня 2005 г. Сочи, «Буревісник» МГУ. М .: Изд-во МГУ, 2005.с.14.

  2. Монахов А.А. Електризація при перебігу діелектричної рідини в діелектричному каналі .// Тези доповідей міжнародної конференції «Нелінійні задачі теорії гідродинамічної стійкості і турбулентність». 26 лютого -5 марта 2006г. Моск. Обл. пансіонат Управління справами Президента РФ «Лісові далі». МГУ. М .: Изд-во МГУ, 2006.с.76.

  3. Г. Шлихтинг. Теорія прикордонного шару. Вид-во «Наука», М. 1974.

  4. SM Dammer and D. Lohse, Phys. Rev. Lett. 96, 206 101 (2006).

  5. Панкратьєва І.Л., Полянський В.А. Освіта сильних електричних полів при перебігу рідини у вузьких каналах // Доповіді РАН. 2005. Т.403. №5. С. 619-622.

Версія для друку
Автор: Герценштейн С.Я., Монахов А.А.
Інститут механіки МДУ ім. М.В. Ломоносова, Москва
PS Матеріал захищений.
Дата публікації 30.11.2006гг


НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ

Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
магнітний двигун
Джерело тепла на базі нососних агрегатів