початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
|
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) |
Навігація: => |
На головну / Фізика / Дослідження / |
Світіння рідини в тонких діелектричних КАНАЛАХ
Герценштейн С.Я., Монахов А.А.
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.
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 та 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 розділу діелектриків. Рідина рухається від низу до верху. |
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 фторвмісні матеріали, має велику величину спорідненість до електрона. 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].
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)
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 |
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
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.
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.
Г. Шлихтинг. Теорія прикордонного шару. Вид-во «Наука», М. 1974.
SM Dammer and D. Lohse, Phys. Rev. Lett. 96, 206 101 (2006).
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
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.