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Lumineszenz von Flüssigkeiten in dünnen dielektrischen Kanal

Gertsenshtein SJ, A. Monks

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Vorläufige experimentelle Untersuchungen von Strömungsleitelement schwach Flüssigkeit in einer dünnen dielektrischen Kanäle entdeckte Phänomen - die Flüssigkeitsemission [1,2]. Das Glühen kann mit dem bloßen Auge im Tageslicht gesehen werden. Die Beschreibung dieses Phänomen in der russischen Literatur, sowie in Übersee haben wir nicht gefunden.

In diesem Papier präsentieren wir Ergebnisse der Untersuchung der Fluidströmung in einem Kanal mit einem Durchmesser von 0,1 cm und 5 cm. Fluidbewegung durch den Druckabfall gegeben ist, ist die Anzahl der Re nicht größer als 600.

Fig. 1.

Wir betrachteten zwei Arten von zusammengesetzten Kanal mit unterschiedlichen Materialien entlang ihrer Achse (Abbildung 1). In der ersten Ausführungsform wird der Anfangsbereich der Kanallänge von 3 cm. Es war aus Teflon Marke F4MB und dem Endteil 2 cm hergestellt. mit dem gleichen Durchmesser des organischen Glases. Polyacetal diese Marke hat einen spezifischen Widerstand von 1 017 V / m, und organisches Glas um 7 Größenordnungen kleiner. Die flüssige technischen Öl mit einer Viskosität von 75 cSt verwendet.

In einer zweiten Ausführung zwischen PTFE und organischem Glas eingesetzt Messingeinsatz 2 mm in der Dicke. mit dem gleichen Durchmesser. In beiden Fällen sind die geometrischen Abmessungen der Kanäle die gleichen. Kanal mit solchen Daten ist der erste Teil des Rohres, wo das Geschwindigkeitsprofil aus einem rechteckigen zu einer parabolischen gebildet wird. Hier kommt der Hauptgang des Beschleunigungskern und einen signifikanten Druckabfall [3]. Die Forschung zum ersten Kanaltyp (ohne einen Messingeinsatz) zeigte das Auftreten von Flüssigkeits Lumineszenz Dielektrika Grenzabschnitt in Strömungsrichtung mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 m / s (Abbildung 2). Hier (1) - der Kanal aus Teflon, (2) - Fortsetzung des Kanals aus organischem Glas (3) - ein Bereich an der Grenze der flüssigen glow Dielektrika. Die Flüssigkeit bewegt sich nach oben.

Fig. 2 Flüssigkeit Glühen in den Verbundkanal Teflon-Plexiglas

Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit Emissionsbereich zunimmt. Wenn glühen Photomultiplier registrieren, legen Sie sie als separate diskrete blinkt mit einer Frequenz von bis zu 50 kHz, die durch elektromagnetische Störungen im Radio begleitet. Es gibt eine gute Korrelation für die Lichtblitze Zeit mit elektromagnetischen Störungen. Mit einem starken Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit, Helligkeit und erhöht.

glühen Grund mit der Elektrifizierung der Kanalwand und dem Fluid verbunden. In dem Anfangsabschnitt des Kanals mit einer Länge von 5-10 Lehren kommt der Hauptgang des Ausbreitungs kernel und Druckabfall. Dies führt zu feinblasigen siedende Gase in der Flüssigkeit gelöst und die Bildung der Ladung auf der Kanalwand und der Flüssigkeit. Eine zweite Charge Bildungsfaktor an der Wand ist eine Manifestation der elektrischen Eigenschaften des Kanalmaterial. Teflon (Polytetrafluorethylen (CF2 - CF2) n) ist ein guter Isolator, Elektronenaustrittsarbeit von delta (E & phi;) = 10,1 eV. Diese Option wird durch das Auftreten eines Oberflächenemissionsstroms Material bei einem bestimmten Wert des elektrischen Feldes (Schottky - Effekt) häufig bestimmt.

Δ (E & phi;) = e 3 E 1/2

Für PTFE Ecr = 7 * 108 V / cm. Polyacetal so viele fluorhaltigen Materialien ist groß Elektronenaffinität. Dies ist der höchste Wert in der Elektronegativität von Fluor. Es sollte beachtet werden, und das Teflon ist nicht nur ein hydrophobes Material, sondern auch oleophob. In diesem Fall kann in dem Anfangsabschnitt des Kanals einen relativen Schlupf Flüssigkeitskanalwänden auftreten [4].

Fig. 3. Der Schein einer Flüssigkeit in einem Kanal für den Messingring.

Wenn Flüssigkeitsströmung wird mit einer elektrischen Doppelschicht, die auf dem negativen Potential und die positive Wand des Kanals in einer Flüssigkeit gebildet wird. Mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 m / s , seine Festigkeit für die Entstehung der Feldemission an der Kanalwand aus Teflon noch klein ist, ist aber ausreichend für das Eintreten der Emission an den Kanalwänden aus organischem Glas. Infolgedessen regt der Emissionsstrom der Moleküle der Flüssigkeit mit einer Strahlung, die letzten Lichtstrahlen in Form des beobachteten glow .. In Versuchen mit Platzierung Messingeinsätze zwischen PTFE und Plexiglas und die Lumineszenz beobachtet. Wie bei der ersten Ausführungsform wird ein Kanal gebildet, und eine elektrische Doppelschicht an der Wand des fluoroplastischen. Seine Intensität steigt mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit. Wie bekannt ist, ist die Arbeitsfunktion von Elektronen an das Metall viel geringer als die des Dielektrikums und sind intensiver als die Lumineszenz in dem Kanal ohne einen Metalleinsatz mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit von 15 m / s. (Fig. 3). Hier (1) - der Kanal aus Teflon, (2) - Messingring (3) - der Bereich der Glut Flüssigkeit Messingring (4) - die Fortsetzung des Kanals des organischen Glas. Die Flüssigkeit bewegt sich nach oben. Der auffälligste Bereich der Glut auf dem Messingring gesehen, wo die Feldelektronenemission und Anregung von Molekülen der Flüssigkeit. Stromabwärts von der Flüssigkeitsmoleküle rekombinieren, die als bläuliche Lumineszenz beobachtet wird.

Intensives glow im Kanal führt zu einer Erhöhung der Temperatur des Fluids. Messungen zeigten , dass die Flüssigkeitstemperatur am Kanalausgang um 10 Grad erhöht wird. Feldemissionsvorgang wird durch Erhitzen der Oberfläche des Flüssigkeitskanals nicht nur aus, sondern auch die Zerstörung der Kanalwände durch die Bewegung der positiven Ionen daran. Fehler tritt auf, wenn der Kanalkante und einer Plexiglaswand (Abb. 4 a, b)

Fig. 4 und	Fig. 4 b

Kolben - Kanal vor dem Versuch und nach 30 min.

Registrieren glow Photomultiplier zeigte, dass die Emission eines Blitz bei konstantem Druck erfolgt. Jedoch erhöht die Emissionsintensität mit der Geschwindigkeit des raschen Pulsationen.

Fig. 5. Die Emissionsintensitätswellenform (3), elektromagnetische Hintergrund (2), eine quasi-statische Druckänderungen (1).

Fig. 5 zeigt die Wellenform der Lumineszenzintensität (3), elektromagnetische Untergrund (2) unter quasistatischen Druckänderungen (1) vor der Vorderkante des Kanals. Es gibt eine gute Korrelation zwischen der Lichtblitz und elektromagnetische Störungen. Während der experimentellen Untersuchungen und fanden heraus, dass die elektrische Leitfähigkeit des Fluids beeinflusst wesentlich die Elektrifizierung und jeweils die Intensität der Lumineszenz. Ähnliche Ergebnisse wurden in Berechnungen erhalten [5].

Ein kurzer Film über die Lumineszenz einer Flüssigkeit in einem dielektrischen Kanal mit Messingeinsatz kann hier eingesehen werden.

So ist nach einer Pilotstudie schwach Fluidströmung in dem Kanal c leitenden unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, entdeckt ein neues Phänomen - das Glühen der Flüssigkeit. Die Regionen mit einem hohen elektrischen Feld. Es wird gezeigt, dass die Lumineszenz entsteht an der Grenzfläche der elektrischen Eigenschaften des Materials ändert, und der Kanal ist eine Folge der Fluoreszenz der Flüssigkeit. Glow hat einen diskreten Charakter und wird durch elektromagnetische Störungen begleitet.

Gebrauchte Bücher

1. Baranov DS, Bucharin NS, Gertsenshtein SJ, A. Monks Die Elektrifizierung eines schwach leitenden Flüssigkeit in einem dünnen dielektrischen Kanal // Abstracts der XIII Summer School "Aktuelle Probleme der Aerodynamik." 5-15 September 2005 Sotschi, "Petrel", Moscow State University. M:. MGU, 2005.s.14.

2. Monks AA Elektrifizierungs in dem Fluss des dielektrischen Fluids in dem dielektrischen Kanal .// Abstracts der Internationalen Konferenz "Nonlinear Probleme der Theorie des hydrodynamischen Stabilität und Turbulenz." 26. Februar -5 März 2006. Mosk. Str. Rentenverwaltungsstelle des Präsidenten der Russischen Föderation "Wald gab". Moscow State University. M:. MGU, 2006.s.76.

3. G. Schlichting. Die Theorie der Grenzschicht. Verlag "Nauka", M. 1974.

4. SM Dammer und D. Lohse, Phys. Rev. Lett. 96, 206101 (2006).

5. Pankrat'eva IL, Polyansky VA Die Bildung von starken elektrischen Feldern in der Strömung der Flüssigkeit in schmalen Kanälen // Berichte der Russischen Akademie der Wissenschaften. 2005 T.403. №5. Pp 619-622.

Druckversion
Autor: Gertsenshtein SJ, A. Monks
Institut für Mechanik, Moscow State University. MV Lomonossow - Universität Moskau, Moskau
PS Material geschützt.
Erscheinungsdatum 30.11.2006gg

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