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LIQUIDE DE COURANT DANS DES CANAUX DIÉLECTRIQUES MINCES

LIQUIDE DE COURANT DANS LES CANAUX DIÉLECTRIQUES MINCES. ÉTUDES EXPÉRIMENTALES

LIQUIDE DE COURANT DANS DES CANAUX DIÉLECTRIQUES MINCES

Gertsenshtein S.Y., Monakhov A.A.

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Dans des études expérimentales préliminaires de l'écoulement d'un liquide faiblement conducteur dans les canaux diélectriques minces, un phénomène a été observé: la luminescence liquide [1, 2]. La lueur peut être observée à l'œil nu à la lumière du jour. La description de ce phénomène à la fois dans la littérature nationale, et dans l'étranger, nous n'avons pas été trouvés.

Dans cet article, nous présentons les résultats d'une étude de l'écoulement d'un liquide dans un canal de 0,1 cm de diamètre et de 5 cm de longueur . Le mouvement du liquide est déterminé par la chute de pression, les numéros Re ne dépassent pas 600 .

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Fig. 1.

Deux types d'un canal composite avec différents matériaux le long de son axe ont été considérés ( figure 1 ). Dans la première variante, la région de canal initiale est longue de 3 cm . a été faite de qualité PTFE F4MB et sa partie finale est de 2 cm . avec le même diamètre de verre organique. Le fluoroplaste de cette marque a une résistivité de 1017 V / m et le verre organique est plus petit de 7 ordres de grandeur. En tant que fluide, une huile technique d'une viscosité de 75 cSt a été utilisée .

Dans la deuxième variante, un insert en laiton de 2 mm d' épaisseur a été inséré entre le PTFE et le verre organique. avec le même diamètre. Dans les deux cas, les dimensions géométriques des canaux étaient les mêmes. Un canal avec de telles données représente la section initiale du tuyau, où le profil de vitesse est formé d'un profil rectangulaire à un profil parabolique. Ici, l'accélération principale du cœur de l'écoulement se produit et une perte de charge significative [3].

Les investigations conduites pour le canal de premier type (sans l'insert en laiton) ont montré l'apparition d'une lueur liquide provenant de l'interface diélectrique dans la direction de l'écoulement à une vitesse d'environ 15 m / s ( figure 2 ).

Ici (1) est le canal fluoroplastique, (2) est la continuation du canal du verre organique, et (3) est la région d'émission de liquide à l'interface diélectrique. Le fluide se déplace de bas en haut.

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Fig. 2 Fluorescence dans le canal composite de fluoroplastique-plexiglas

Lorsque la vitesse d'écoulement augmente, la région de luminescence augmente. Lorsque la luminescence est enregistrée par un multiplicateur photoélectrique, sa discrétisation est établie sous la forme d'éclats individuels d'une fréquence allant jusqu'à 50 kHz , accompagnés d'interférences électromagnétiques dans la portée radio. Il y a une bonne corrélation avec le temps de l'éclair de lumière avec interférence électromagnétique. Avec une forte augmentation de la vitesse d'écoulement, la luminosité de la lueur augmente.

La cause de la lueur est associée à l'électrification du canal et des parois liquides. Dans la section initiale du canal, à une longueur de 5-10 calibres, le noyau du courant circule et la chute de pression. Il en résulte une effervescence finement bouillonnante des gaz dissous dans le liquide et la formation d'une charge sur la paroi du canal et dans le liquide. Le deuxième facteur de formation de charges sur la paroi est la manifestation des propriétés électrophysiques du matériau du canal. Fluoroplastique (polytétrafluoroéthylène (CF2-CF2) n ) est un bon isolant, la fonction de travail des électrons est Δ (eφ) = 10.1 eV . Ce paramètre est souvent déterminé par l'apparition du courant d'émission de la surface du matériau à une certaine valeur de l'intensité du champ électrique ( effet Schottky ).

Δ (εφ) = ë 3 Е 1/2

Pour fluoroplastique, Ecr = 7 * 108 V / cm . Fluoroplastique, comme beaucoup de matériaux contenant du fluor, a une grande affinité pour l'électron. Ceci est expliqué par la plus grande valeur de l'électronégativité dans le fluor. Il convient de noter que le fluoroplastique n'est pas seulement un matériau hydrophobe, mais aussi un matériau oléophobe. Et dans ce cas, dans la section initiale du canal, le liquide peut être perforé par rapport aux parois du canal [4].

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Fig. 3. Fluorescence dans le canal derrière l'anneau de laiton.

Lorsque le liquide se déplace, une double couche électrique avec un potentiel négatif sur la paroi du canal et un positif dans le liquide est formé. A un débit de 15 m / s, sa résistance est encore faible pour l'apparition d'émission de champ sur la paroi du canal fluoroplastique, mais il suffit de provoquer une émission sur les parois du canal à partir du verre organique. En conséquence, le courant d'émission excite certaines des molécules liquides avec la dernière émission de quanta de lumière sous la forme d'une luminescence observée.

Dans des expériences avec la mise en place d'un insert en laiton entre le PTFE et le plexiglas, une lueur a été observée. Comme dans la première version du canal, une double couche électrique est formée sur la paroi du fluoroplastique. Son intensité augmente avec l'augmentation de la vitesse d'écoulement. Comme on le sait, la fonction de travail des électrons sur un métal est très inférieure à celle d'un diélectrique et ici l'émission est plus intense que dans un canal sans insert métallique au même débit de 15 m / s . ( Figure 3 ).

Ici, (1) est un canal fluoroplastique, (2) est un anneau de laiton, (3) est la région de lueur liquide derrière l'anneau de laiton, (4) est la continuation du canal du verre organique. Le fluide se déplace de bas en haut.

La région la plus brillante de la luminescence est observée sur l'anneau de laiton, où l'émission de champ des électrons se produit et les molécules du liquide sont excitées. Plus en aval, une recombinaison des molécules liquides se produit, qui est observée sous la forme d'une lueur bleutée.

Une lueur intense dans le canal entraîne une augmentation de la température du liquide. Les mesures ont montré que la température du liquide à la sortie du canal augmente de 10 degrés. Le processus d'émission de champ est caractérisé non seulement par le chauffage de la surface du canal et du liquide, mais aussi par la destruction des parois du canal due au déplacement des ions positifs vers celui-ci. Destruction se produit comme les bords du canal, et les parois du verre organique ( figure 4 a, b )

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Fig. 4 a

Fig. 4 b

La fin du canal avant le début de l'expérience et après 30 minutes .

L'enregistrement de la luminescence par un multiplicateur photoélectrique a montré que la lueur sous la forme de fusées se produit également à pression constante. Cependant, l'intensité de la luminescence augmente avec les pulsations de vitesse aiguës.

Fig. 5. Oscillogramme de l'intensité de la lueur (3), électromagnétique
arrière-plan (2), avec un changement de pression quasistatique (1).

Dans la Fig. La figure 5 montre un oscillogramme de l'intensité de luminescence (3), le fond électromagnétique (2) pour un changement quasistatique de pression (1) devant le bord d'entrée du canal. Il y a une bonne corrélation entre le flash de lumière et les interférences électromagnétiques.

Au cours des études expérimentales, il a été établi que la conductivité électrique d'un liquide avait un effet significatif sur l'électrification et, par conséquent, sur l'intensité de la luminescence. Des résultats similaires ont été obtenus dans les calculs de [5].

Un petit film sur la lueur du liquide dans un canal diélectrique avec un insert en laiton peut être vu ici .

Ainsi, selon les études expérimentales de l'écoulement d'un liquide faiblement conducteur dans un canal aux propriétés électrophysiques variables, un nouveau phénomène a été découvert: la lueur liquide. Les zones avec un grand champ électrique sont établies. Il est montré que la luminescence se produit à la limite de la variation des propriétés électrophysiques du matériau du canal et est une conséquence de la fluorescence du liquide. La lueur a un caractère discret et s'accompagne d'interférences électromagnétiques.

LITTÉRATURE UTILISÉE

  1. Baranov DS, Boukharin NS, Gertsenstein S.Ya., Monakhov AA Electrification d'un liquide faiblement conducteur dans un canal diélectrique mince / / Résumés du séminaire scolaire XIII "Problèmes modernes de l'aérohydrodynamique". 5 au 15 septembre 2005 Sotchi, "Burevestnik" de l'Université d'Etat de Moscou. Moscou: Université d'État de Moscou, 2005. p.14.

  2. Monakhov AA Electrification lors de l 'écoulement d' un liquide diélectrique dans un canal diélectrique / / Résumés de la conférence internationale "Problèmes non linéaires de la théorie de la stabilité hydrodynamique et de la turbulence". 26 février au 5 mars 2006 Moscou. De l'Ob. pension Administration des affaires du président de la Fédération de Russie "Distances forestières". Université d'État de Moscou. Moscou: Izd-vo MGU, 2006.c.76.

  3. G. Schlichting. Théorie de la couche limite. Maison d'édition "Science", M. 1974.

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

  5. Pankratieva IL, Polyansky VA Formation de champs électriques forts à l'écoulement du liquide dans les canaux étroits // Doklady RAN. 2005. T.403. №5. Pp. 619-622.

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Auteur: Gertsenshtein S.Ya., Monakhov AA
Institut de Mécanique, Université d'Etat de Moscou. M.V. Lomonosov Moscou
PS Le matériel est protégé.
Date de publication 11/30/2006