Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

СВЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ТОНКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАНАЛАХ

Герценштейн С.Я., Монахов А.А.

Оставьте комментарий

В предварительных экспериментальных исследованиях течения слабопроводящей жидкости в тонких диэлектрических каналах обнаружено явление - свечения жидкости [1,2]. Свечение можно наблюдать невооруженным глазом при дневном освещении. Описание этого явления как в отечественной литературе, так и в зарубежной, нами не обнаружено.

В настоящей работе приводятся результаты исследования течения жидкости в канале диаметром 0.1 см и длиной 5 см. Движение жидкости задается перепадом давления, числа Re при этом не превышали 600.

Рис. 1.

Рассматривались два вида составного канала с разными материалами вдоль его оси (Рис.1). В первом варианте начальная область канала длиной 3 см. была выполнена из фторопласта марки Ф4МБ и оконечная его часть 2 см. с тем же диаметром из органического стекла. Фторопласт этой марки имеет удельное сопротивление 1017 в/м, а органическое стекло на 7 порядков меньше. В качестве жидкости использовалось техническое масло с вязкостью 75 сСт.

Во втором варианте между фторопластом и органическим стеклом вставлялась латунная вставка толщиной 2 мм. с таким же диаметром. В обоих случаях геометрические размеры каналов были одинаковыми. Канал с такими данным представляет начальный участок трубы, где происходит формирование профиля скорости от прямоугольного, до параболического. Здесь же происходит основное ускорение ядра течения и значительное падение давления [3]. Проведенные исследования для канала первого вида (без латунной вставки) показали возникновение свечения жидкости от границы раздела диэлектриков в направлении движения потока при скорости около 15 м/с (Рис.2). Здесь (1) – канал из фторопласта, (2) – продолжение канала из органического стекла, (3) – область свечения жидкости на границе раздела диэлектриков. Жидкость движется снизу вверх.

Рис. 2 Свечение жидкости в составном канале фторопласт-оргстекло

С ростом скорости потока, область свечения увеличивается. При регистрации свечения фотоэлектронным умножителем, установлена его дискретность в виде отдельных вспышек с частотой до 50 Кгц, сопровождающиеся электромагнитной помехой в радиодиапазоне. Наблюдается хорошая корреляция по времени вспышки света с электромагнитной помехой. При резком увеличении скорости потока, яркость свечения и возрастает.

Причина свечения связана с электризацией стенки канала и жидкости. В начальном участке канала на длине 5-10 калибров происходит основной разгон ядра течения и падение давления. Это приводит к мелкопузырьковому вскипанию растворенных газов в жидкости и образованию заряда на стенке канала и в жидкости. Вторым фактором образования зарядов на стенке является проявление электрофизических свойств материала канала. Фторопласт (политетрафторэтилен (CF2 – CF2)n) является хорошим изолятором, работа выхода электронов составляет ∆(еφ) =10,1 эв. Этот параметр часто определяется по возникновению тока эмиссии с поверхности материала при некотором значении напряженности электрического поля (эффект Шотки).

∆(еφ) =е 3 Е 1/2

Для фторопласта Екр = 7*108 в/см. Фторопласт, как и многие фторсодержащие материалы, имеет большую величину сродство к электрону. Это объясняется наибольшим значением электроотрицательности у фтора. Необходимо и отметить, что фторопласт является не только гидрофобным материалом, но и олеофобным. И в этом случае в начальном участке канала может происходить проскальзование жидкости относительно стенок канала [4].

Рис. 3. Свечение жидкости в канале за латунным кольцом.

При движении жидкости формируется двойной электрический слой с отрицательным потенциалом на стенке канала и положительным в жидкости. При скорости потока 15 м/с его напряженность еще мала для возникновения полевой эмиссии на стенке канала из фторопласта, но достаточна для возникновения эмиссии на стенки канала из органического стекла. В результате эмиссионный ток возбуждает часть молекул жидкости с излучением последними квантов света в виде наблюдаемого свечения..  В экспериментах с размещением латунной вставки между фторопластом и оргстеклом и наблюдалось свечение. Как и в первом варианте канала, здесь и формируется двойной электрический слой на стенке из фторопласта. Его интенсивность растет с увеличением скорости потока. Как известно, работа выхода электронов у металла намного меньше, чем у диэлектрика и здесь свечение более интенсивное чем в канале без металлической вставки при той же скорости потока 15 м/с. (Рис. 3). Здесь (1) – канал из фторопласта, (2) – латунное кольцо, (3) – область свечения жидкости за латунным кольцом, (4) – продолжение канала из органического стекла. Жидкость движется снизу вверх. Наиболее яркая область свечения наблюдается над латунным кольцом, где происходит полевая эмиссия электронов и возбуждение молекул жидкости. Далее по потоку происходит рекомбинация молекул жидкости, которая наблюдается в виде голубоватого свечения.

Интенсивное свечение в канале приводит к повышению температуры жидкости. Измерения показали, что температура жидкости на выходе канала повышается на 10 градусов. Процесс полевой эмиссии характеризуется не только разогревом поверхности канала и жидкости, но и разрушением стенок канала за счет движения к ней положительных ионов. Разрушение происходит как кромки канала, так и стенки из органического стекла (Рис. 4 а, б)

Рис. 4 а	Рис. 4 б

Торец канала до начала эксперимента и через 30 мин.

Регистрация свечения фотоэлектронным умножителем показала, что свечение в виде вспышек происходит и при постоянном давлении. Однако интенсивность свечения возрастает при резких пульсациях скорости.

Рис. 5. Осциллограмма интенсивности свечения (3), электромагнитного фона (2), при квазистатическом изменении давления (1).

На Рис. 5 представлена осциллограмма интенсивности свечения (3), электромагнитного фона (2) при квазистатическом изменении давления (1) перед входной кромкой канала. Наблюдается хорошая корреляция между вспышкой света и электромагнитной помехой. В ходе проведения экспериментальных исследований и установлено, что электропроводность жидкости существенным образом влияет на электризацию и, соответственно, на интенсивность свечения. Аналогичные результаты были получены в расчетах [5].

Небольшой фильм о свечение жидкости в диэлектрическом канале с латунной вставкой можно посмотреть здесь.

Таким образом, согласно проведенным экспериментальным исследованиям течения слабопроводящей жидкости в канале c меняющимися электрофизическими свойствами, обнаружено новое явление – свечение жидкости. Установлены области с большой напряженность электрического поля. Показано, что свечение возникает на границе изменения электрофизических свойств материала канала и является следствием флюоресценции жидкости. Свечение имеет дискретный характер и сопровождается электромагнитной помехой.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Баранов Д. С., Бухарин Н.С., Герценштейн С.Я., Монахов А.А. Электризация слабопроводящей жидкости в тонком диэлектрическом канале //Тезисы докладов XIII школы-семинара «Современные проблемы аэрогидродинамики». 5-15 сентября 2005 г. Сочи, «Буревестник» МГУ. М.: Изд-во МГУ, 2005.с.14.

2. Монахов А.А. Электризация при течении диэлектрической жидкости в диэлектрическом канале.// Тезисы докладов международной конференции «Нелинейные задачи теории гидродинамической устойчивости и турбулентность». 26 февраля –5 марта 2006г. Моск. Обл. пансионат Управление делами Президента РФ «Лесные дали». МГУ. М.: Изд-во МГУ, 2006.с.76.

3. Г. Шлихтинг . Теория пограничного слоя. Изд-во «Наука», М. 1974.

4. S. M. Dammer and D. Lohse, Phys. Rev. Lett. 96, 206101 (2006).

5. Панкратьева И.Л., Полянский В.А. Образование сильных электрических полей при течении жидкости в узких каналах // Доклады РАН. 2005. Т.403. №5. С. 619-622.

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов