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


Navigation: =>

Startseite / Physik / Forschung /

. Wissenschaftliche Artikel

Glühende Flüssigkeit in dünnen dielektrischen Kanälen

Glühende Flüssigkeit in dünnen dielektrischen Kanälen. EXPERIMENTELLE FORSCHUNG

Glühende Flüssigkeit in dünnen dielektrischen Kanälen

Herzenshteyn S.Ya., Monkhov A.A.

Hinterlasse einen Kommentar

In vorbereitenden experimentellen Untersuchungen des Flusses einer schwach leitenden Flüssigkeit in dünnen dielektrischen Kanälen wurde ein Phänomen entdeckt - das Leuchten einer Flüssigkeit [1, 2]. Das Glühen kann mit bloßem Auge bei Tageslicht beobachtet werden. Die Beschreibung dieses Phänomens sowohl in der einheimischen als auch in der ausländischen Literatur wurde nicht gefunden.

Dieser Artikel präsentiert die Ergebnisse einer Studie über den Flüssigkeitsstrom in einem Kanal mit einem Durchmesser von 0,1 cm und einer Länge von 5 cm . Die Bewegung des Fluids ist durch die Druckdifferenz gegeben, während die Re- Zahlen 600 nicht überschreiten.

Glühende Flüssigkeit in dünnen dielektrischen Kanälen

Abb. 1.

Zwei Arten von zusammengesetzten Kanälen mit unterschiedlichen Materialien entlang ihrer Achse wurden berücksichtigt ( Abb . 1 ). In der ersten Ausführungsform ist der Anfangsbereich des Kanals 3 cm lang. wurde aus Fluoroplast Marke F4MB und seinem Endteil von 2 cm gemacht . mit dem gleichen Durchmesser aus Plexiglas. Fluorkunststoff dieser Marke hat einen spezifischen Widerstand von 1017 V / m , und organisches Glas ist 7 Ordnungen weniger. Als Flüssigkeit wurde technisches Öl mit einer Viskosität von 75 cSt verwendet .

In der zweiten Variante wurde ein Messingeinsatz mit einer Dicke von 2 mm zwischen den Fluoroplast und das organische Glas eingefügt. mit dem gleichen Durchmesser. In beiden Fällen waren die geometrischen Abmessungen der Kanäle gleich. Ein Kanal mit solchen Daten stellt den Anfangsteil des Rohres dar, wo das Geschwindigkeitsprofil von rechteckig zu parabolisch geformt ist. Hier tritt die Hauptbeschleunigung des Strömungskerns und ein signifikanter Druckabfall auf [3].

Studien für den Kanal des ersten Typs (ohne einen Messingeinsatz) zeigten das Auftreten von flüssigem Glühen von der Grenzfläche von Dielektrika in der Strömungsrichtung mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 m / s ( 2 ).

Hier ist (1) ein Kanal aus Fluoroplast, (2) ist eine Fortsetzung eines Kanals aus organischem Glas, (3) ist der Bereich des Glimmens einer Flüssigkeit an der Grenzfläche von Dielektrika. Die Flüssigkeit bewegt sich nach oben.

Glühende Flüssigkeit in dünnen dielektrischen Kanälen

Abb. 2 Fluoreszenzfluoreszenz im Kompositkanal PTFE

Wenn die Strömungsrate zunimmt, nimmt der Glühbereich zu. Bei der Registrierung des Glühens mit einer Photomultiplierröhre wurde ihre Diskretion in Form einzelner Blitze mit einer Frequenz von bis zu 50 KHz festgestellt, begleitet von elektromagnetischen Störungen im Radiofrequenzbereich. Es gibt eine gute zeitliche Korrelation des Lichtblitzes mit elektromagnetischer Interferenz. Bei einer starken Erhöhung der Durchflussrate steigt die Helligkeit des Glühens und steigt an.

Die Ursache der Lumineszenz ist mit der Elektrifizierung der Kanalwand und Flüssigkeit verbunden. Im Anfangsteil des Kanals mit einer Länge von 5-10 Kalibern treten die Hauptbeschleunigung des Strömungskerns und der Druckabfall auf. Dies führt zu einem kleinen Blasensieden gelöster Gase in einer Flüssigkeit und zur Bildung einer Ladung an der Kanalwand und in der Flüssigkeit. Der zweite Faktor bei der Bildung von Ladungen an der Wand ist die Manifestation der elektrophysikalischen Eigenschaften des Kanalmaterials. Fluorkunststoff (Polytetrafluorethylen (CF2 - CF2) n ) ist ein guter Isolator, die Elektronenfunktion ist Δ (eφ) = 10,1 eV . Dieser Parameter wird oft durch das Auftreten eines Emissionsstroms von der Oberfläche des Materials bei einem bestimmten Wert der elektrischen Feldstärke ( Shotki-Effekt ) bestimmt.

Δ (еφ) = е 3 1/2 1/2

Für Fluoroplast Ecr = 7 * 108 V / cm . Fluorkunststoff hat wie viele fluorhaltige Materialien eine große Elektronenaffinität. Dies ist auf die höchste Elektronegativität von Fluor zurückzuführen. Es sollte angemerkt werden, dass der Fluoroplast nicht nur ein hydrophobes Material ist, sondern auch oleophob. Und in diesem Fall kann in dem Anfangsteil des Kanals ein Rutschen der Flüssigkeit relativ zu den Kanalwänden auftreten [4].

Glühende Flüssigkeit in dünnen dielektrischen Kanälen

Abb. 3. Das Leuchten der Flüssigkeit im Kanal für den Messingring.

Wenn sich ein Fluid bewegt, wird eine elektrische Doppelschicht mit einem negativen Potential an der Kanalwand und positiv in dem Fluid gebildet. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 m / s ist seine Intensität für das Auftreten von Feldemission an der Kanalwand des Fluoroplasten noch klein, reicht jedoch für das Auftreten von Emission an den Wänden des Kanals aus organischem Glas aus. Dadurch regt der Emissionsstrom einen Teil der Flüssigkeitsmoleküle mit der letzten Emission von Lichtquanten in Form der beobachteten Lumineszenz an.

In Experimenten mit der Platzierung eines Messingeinsatzes zwischen Fluorkunststoff und Plexiglas wurde eine Lumineszenz beobachtet. Wie in der ersten Ausführungsform des Kanals wird hier eine doppelte elektrische Schicht auf der Wand aus Fluorkunststoff gebildet. Seine Intensität steigt mit zunehmender Flussrate. Wie bekannt ist, ist die Elektronenbearbeitungsfunktion eines Metalls viel geringer als die eines Dielektrikums, und hier ist die Lumineszenz intensiver als in einem Kanal ohne einen Metalleinsatz bei der gleichen Strömungsrate von 15 m / s . ( Abb. 3 ).

Hier ist (1) ein Fluorkunststoffkanal, (2) ist ein Messingring, (3) ist der Bereich des Glimmens der Flüssigkeit hinter einem Messingring, (4) ist eine Fortsetzung eines Kanals aus organischem Glas. Die Flüssigkeit bewegt sich nach oben.

Der hellste Leuchtbereich wird oberhalb des Messingringes beobachtet, wo die Feldemission von Elektronen und die Anregung von Fluidmolekülen auftreten. Weiter stromabwärts findet die Rekombination von flüssigen Molekülen statt, was in Form eines bläulichen Glimmens beobachtet wird.

Intensive Lumineszenz im Kanal führt zu einer Erhöhung der Temperatur der Flüssigkeit. Messungen haben gezeigt, dass die Temperatur des Fluids am Ausgang des Kanals um 10 Grad ansteigt. Der Prozess der Feldemission ist nicht nur durch die Erwärmung der Oberfläche des Kanals und der Flüssigkeit gekennzeichnet, sondern auch durch die Zerstörung der Kanalwände aufgrund der Bewegung von positiven Ionen zu ihm. Zerstörung tritt sowohl an den Rändern des Kanals als auch an den Wänden aus organischem Glas auf ( Abb. 4 a, b )

Glühende Flüssigkeit in dünnen dielektrischen Kanälen

Abb. 4 a

Abb. 4 b

Das Ende des Kanals vor Beginn des Experiments und nach 30 Minuten .

Die Registrierung der Lumineszenz mit einem Photomultiplier zeigte, dass Lumineszenz in Form von Flares bei konstantem Druck auftritt. Die Intensität des Glühens steigt jedoch mit starken Pulsationen der Geschwindigkeit.

Abb. 5. Oszillogramm der Intensität des Glühens (3), elektromagnetisch
Hintergrund (2) mit einer quasistatischen Druckänderung (1).

In Abb. Fig. 5 zeigt das Oszillogramm der Intensität des Glühens (3) des elektromagnetischen Hintergrunds (2) mit einer quasistatischen Druckänderung (1) vor der Eingangskante des Kanals. Es besteht eine gute Korrelation zwischen dem Lichtblitz und elektromagnetischen Störungen.

Im Verlauf der Durchführung von experimentellen Untersuchungen wurde festgestellt, dass die elektrische Leitfähigkeit eines Fluids eine signifikante Auswirkung auf die Elektrifizierung und dementsprechend auf die Intensität des Glühens hat. Ähnliche Ergebnisse wurden in Berechnungen erhalten [5].

Ein kleiner Film über das Leuchten einer Flüssigkeit in einem dielektrischen Kanal mit einem Messingeinsatz kann hier eingesehen werden .

So wurde nach den experimentellen Untersuchungen des Flusses einer schwach leitenden Flüssigkeit in einem Kanal mit unterschiedlichen elektrophysikalischen Eigenschaften ein neues Phänomen entdeckt - das Leuchten einer Flüssigkeit. Bereiche mit einer hohen elektrischen Feldstärke werden festgestellt. Es wird gezeigt, dass Lumineszenz an der Grenze von Änderungen der elektrophysikalischen Eigenschaften des Kanalmaterials auftritt und eine Folge der Fluoreszenz der Flüssigkeit ist. Das Leuchten hat eine diskrete Natur und wird von elektromagnetischen Störungen begleitet.

GEBRAUCHTES LITERATUR

  1. Baranov D. S., Bucharin N. S., Herzenshteyn S. Y., Monakhov A.A. Elektrifizierung einer schwach leitenden Flüssigkeit in einem dünnen dielektrischen Kanal // Abstracts des XIII. Schulseminars "Moderne Probleme der Aerohydrodynamik". 5. - 15. September 2005 Sotschi, Petrel, Moskauer Staatliche Universität. M .: MGU Verlag, 2005. S.14.

  2. A. A. Monkhov Elektrifizierung der Strömung einer dielektrischen Flüssigkeit im dielektrischen Kanal // Abstracts der internationalen Konferenz "Nichtlineare Probleme der Theorie der hydrodynamischen Stabilität und Turbulenz." 26. Februar - 5. März 2006 Mosk. Bereich Pension des Präsidenten der Russischen Föderation "Forest Dali". Moskauer Staatliche Universität. M .: Verlag der Moskauer Staatlichen Universität, 2006.p.76.

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

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

  5. Pankratieva I. L., Polyansky V.A. Bildung starker elektrischer Felder, wenn die Flüssigkeit in engen Kanälen fließt // Berichte der Russischen Akademie der Wissenschaften. 2005. T.403. Nr.5. Ps. 619-622.

Druckversion
Autor: Gertsenshtein S.Ya., Monkhov A.A.
Institut für Mechanik, Moskauer Staatliche Universität Mv Lomonossowa, Moskau
PS Material ist geschützt.
Datum der Veröffentlichung: 30.11.2006