Голографическая диагностика поверхностных и диффузионных явлений в жидкостях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

БЕЛОРУССИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

л'6 ОД

УДК 681.787:535.8:532.61/64:536.2

• м г--';1! ^'-гг:

КАРБАПЕВИЧ НИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПОВЕРХНОСТНЫХ И ДИФФУЗИОННЫХ ЯВЛЕНИЙ В ЕИДКОСТЯХ

01.04.14 - Теплофизика и молекулярная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МИНСК, 1995

Работа выполнена на кафедре теплофизики Белорусского государственного университета

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ЛЫСЕНКО О.Г.

кандидат технических наук, доцент ВОЛОХОВ Г.М.

доктор технических наук, заведующий лабораторией КРЫЛОВИЧ В.И.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник КОСТШЕВИЧ Е.А.

Оппонирующая организация: Белорусская государственная

политехническая академия

Запита состоится и27" июня 1995 г. в 14 часов на заседании специализированного Совета Д 006.12.01 по присуждению ученой степени кандидата наук в АПК "Институт тепло- и массообмена им. A.B. Лыкова" АН Беларуси (220072, г. Минск, ул. П. Бровки, 15, АПК "ИТМО им. A.B. Лыкова" АН Беларуси)

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке ИТМО

Автореферат разослан "26" мая 1995 г.

Ученый секретарь специализированного Совета,

кандидат физико-математических наук T.fc^^^ Романов Г.С.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш диссертации. Несмотря на многочисленные теореме ские и экспериментальные работы в области исследования поверхно-гей раздела фаз, ряд вопросов, связанных с поверхностными и даффу-юнными явлениями, остается неясным или требует дальнейшего разви-1Я. Так, слабо изучены вопросы, касающиеся определения величины )йфазного натяжения в системе жидкость-жидкость, противоречивы и ■•раниченны сведения о величине краевого угла на границе двух зкидко-гей. Практически отсутствуют методики, позволяющие проводить комп-жсные исследования поверхностных свойств кидких сред (в классиче-сих методах измеряется один из параметров, который, однако, не мо-1Т характеризовать явление в целом). Требуют дальнейшего исследова-[Я вопросы взаимосвязи мекфазных характеристик жидкостей, позволяли определять поверхностные свойства твердых ограничивающих повер-юстей.

Актуальным является таете исследование диффузии жидкостей в уз-х трубках, являющееся ваэ&юй задачей медицины и биологии.

При выборе пределышх и ароматических углеводородов в качестве ¡ъектов. исследования учитывалось их широкое применение в качестве створителей и органическом синтезе, а их производных - в качестве карственных препаратов и кровезаменителей. Кроме того, измерение эффициентов диффузии жидкостей одного гомологического ряда п^гп+г' п=6+14) позволяет определять геометрические и гидроданами-ские характеристики молекул этих жидкостей. '

К настоящему времени экспериментально иссследованы свойства боль-го количества веществ. Однако для некоторых широко используемых дкостей поверхностные и диффузионные характеристики не определены, этому получение новых данных по межфазным и теплофизическим пара-трам является актуальной й практически значимой задачей.

Большой практический интерес представляет разработка и реализа-я методов диагностики, позволяющих проводить комплексные прецизи-яые измерения различных свойств жидких сред. Перспективным для ких исследований является использование принципов голографической герферометрии, способных обеспечить высокую чувствительность, точ-зть и воспроизводимость измерений. Использование голографической <роинтерферометрии открывает широкие перспективы в решении таких

актуальных проблем, как исследование микрообъектов и процессов, пр исходящих в них.

Связь работы с научными программами. Исследования проводились рамках госбюджетной научно-исследовательской работы АПК " ИТМО и A.B. Лыкова" АН Беларуси и Белорусского государственного университ та по теме "Исследование процессов энергопереноса с учетом нелине: ных эффектов при взаимодействии пйлей" по программе "Энергетика-; (№ гос. per. 01910055107).

Цель и задачи работы состояли в исследовании и диагностике ме: фазных явлений и процессов переноса жидких сред, разработке высок точных методик определения основных параметров этих процессов на о нове принципов голографической интерферометрии.

Научная новизна полученных результатов заключается в следущо;

- впервые разработана и реализована комплексная методика определен поверхностных и межфазных свойств жидких сред на основе принцип! голографической интерферометрии, обеспечивающая высокую точность воспроизводимость измерений краевых углов и поверхностных натяжек на границах твердое тело/ жидкость/ жидкость и твердое тело/ га: жидкость;

- впервые получены значения величин поверхностного натяжения и Kpai вого угла, некоторых углеводородов из ряда предельных и ароматичен ких, которые могут быть включены в банк справочных данных;

разработаны принципиально новые методики определения козффицие: тов диффузии органических жидкостей, заключенных в узкие трубки, о нованные на принципах голографической интерферометрии;

- проана,- 'зированы границы применимости моделей полупространства неограниченной пластины в исследованиях явлений Диффузии микрокод] честв жидкостей;

- разработана и реализована голографическая методика определен комплекса теплофизических свойств жидких сред в различных теплов! режимах.

Практическая и экономическая значимость диссертационной рабо1 заключается в том, что полученные результаты могут быть использова] при создании прецизионных установок и приборов для исследован поверхностных и тепломассообменных свойств оптически прозрачных о; ганических и неорганических жидкостей. Методики определения коэфф циентов поверхностного натяжения, диффузии, температуропроводности

з.

ругих характеристик (в частности, структурных и геометрических па-аметров капилляров) могут Пить непосредственно перенесены на иссле-ования объектов более сложной структуры (кровеносные сосуда, крове-аменители, сложные органические соединения и т.д.).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Результаты и методики определения краевых углов на границе аздела твердое тело/жидкость/кидкость и твердое тело/газ/жидкость, снованные на принципах голографической интерферометрии.

2. Комплексная голографическая методика и результаты определения эверхностного и мекфазного натяжения »зздкостей в капиллярах.

3. Установленные зависимости краевого угла n-алканов на границе воздухом и водой и ароматических углеводородов на границе с глице-аном от структурных параметров углеводородов.

1 4. Анализ границ применимости модели полупространства в исследо-шия;; процессов диффузия микроколичеств жидкостей.

5. Двухзкспозиционная голографическая методика определения ко-Ефициентов диффузии органических жидкостей.

6. Полученная экспериментальная зависимость коэффициента диф£у-ш от молекулярной массы парафиновых углеводородов.

7. Методики и результаты расчета коэффициентов тепло- и темпё-атуропроводаости жидкостей с использованием двухэкспозициошшх го~ графических интерферограмм.

Личный вклад соискателя. Все приведенные в диссертации резуль-1ты получены лично соискателем и проанализированы с научными руко->дит0лями. Соавторы опубликованных работ принимали участие в разра->тке методик и проведении отдельных экспериментов, обсуждении резу-.татов. Обработка и интерпретация данных, а также вывода сделаны зтором лично.

Апробация и опубликованность результатов. Основные результаты »боты представлялись на семинаре "Оптические метода исследования юзрачных неоднородностей" (Москва, 1991 г.), мевдународной конфе-1нции "Тепломассообмен - ММФ-92" (Минск, 1992 г.), международном мпозиуме "Flow visualization" (Япония, 1992 г.), международной »нференции иИнтерферометрия-94м (Польша, 1994 г.), международном смпозиуме "Pluoome'94" (Франция, 1994 г.). Содержание диссертаци-мой работы отражено, в 9. публикациях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введени общий характеристики работы, трех глав, основных выводов и спис использованных источников. Объем диссертации составляет 112 стра!..1 в том числе 31 иллюстрацию и 3 таблицы. Список использованных исто ников включает в себя 135 наименований.

основное содержание

Во введении дано краткое изложение состояния исследований области мекфазных явлений и диффузионных процессов.

В общей характеристике работы обоснована актуальность тек сформулирована цель работы, научная новизна, практическая и эконом ческая значимость полученных результатов и основные положения, вын симые на защиту. Приводится структура диссертации и список опублик ванных работ.

В первой главе представлен литературный обзор классических мет дов определения краевого угла и поверхностного натяжения на грани двух жидкостей и жидкости с газом, особое внимание уделено капшш ному методу, как наиболее точному и хорошо изученному; рассмотре метода измерения геометрических параметров капилляров, необходим для реализации капиллярного метода; обобщены особенности и возмокн сти рассмотренных методов, проанализирован их точность и воспроиз! димость.

Во второй главе описаны методики определения поверхностных хар ктеристик жидких сред, основанные на принципах голографической V терферомэтрии.

Исследования проводились на голографическом мшфоинтерферометр Исследуемые жидкости заполняли капилляр, помещаемый в. кювету иммерсионной жидкостью. Голограммы мениска жидкостей регистрироь лись методом двойной экспозиции в полосах бесконечной и конечной и рины. Интерферограммы, восстановленные с двухэкспозиционных го; грамм, расшифровывались с помощью сканирующего микроденситомеч ИФО- 451.

Внутренний диаметр капилляра определялся по координатам переп: интерференционных полос, обусловленному разностью показателей мления материала капилляра и жидкости, заполняющей его (рис.1). I сканировании негатива, полученного с голограммы, снятой в полос конечной ширины, на микрофотометре с учетом характеристик фотома1

иалов погрешность измерений составила 0,2 Ю-3 мм. Внутренний ради-с капилляров определялся также по штерферограммам, снятым в поло-ах бесконечной ширины (рис.2). Для этого измерялось расстояние 1г эжду вертикальными интерференционными полосами, связанными с набе-ом фаз в стенке. Радиус рассчитывался по формуле

1^2^-^+^+211^)/ 2(11,-Ьд), (I)

де А=Х/2п, X - длина волны, п - показатель преломления материала апилляра. Погрешность измерения составила 0,1 мкм.

На восстановленных голограммах капилляра, заполненного жидко-тыо, граница раздела фаз визуализирована. Это позволило осуществить рямое измерение краевого угла смачивания, проведя касательную к рофилю мениска в точке его пересечения с внутренней стенкой капил-яра (рис.2).

Для расчета краевого угла использовалась также формула ООВ0 = 2га/(г2 + <12) (2)

де г- радиус капилляра, <1 - глубина мениска (рис.1).

Исследовались химически чистые предельные углеводороды (от окта-а до тетрадекана) на границе с-воздухом и водой и ароматические уг-эводорода (бензол, толуол, п-ксилол, кумол) на границе с воздухом и лицерином, заключенные в стеклянные капилляры.

Проведенные измерения позволили установить характер зависимости слов натекания .п-алканов от их структурных параметров- числа томов углерода .в молекуле: с увеличением N величина 6 возрастает рис^З). Аппроксимационная формула представляется в виде 0=-О,О21М4+ ,97б113-17,28б11г+ 139,558м - 407,621. Зависимость угла натекания от эверхностного натяжения представляет монотонную функцию о и аппро-зимируется уравнением оов6=1-а(о-ос), где а=0,03. Экстраполяция рямой оов9=1(о) на нулевой краевой угол определяет значение ос=> 3,15, что удовлетворительно согласуется с литературными источника-г [I]. Данные о критическом поверхностном натяжении ос характе-язуют поверхностные свойства твердых тел и позволяют оценивать кра вые углы в различных системах.

В капиллярах диаметром 200-500 мкм при различных длинах угле во-эродного столбика измерялись углы натекания п-алканов на границе и

водой. Величина угла при избирательном смачивании зависит от длины столбика парафинового углеводорода. При фиксированном значении угол на межфазной границе возрастает с увеличением количества атомо углерода в молекуле, как функция I(ы)=ан4+ьп3+сыг-кш+в (а=0,0б1 ь=-2,6И, с=39,599, <1=-236,996, е=463,313) (рис. 3). Для систе ароматический углеводород- глицерин угол оттекания также возрастав с увеличением N : 912=а,063^-2,075М3+25,238н2-131,425и+267 (рис.4) Абсолютная погрешность измерения краевых углов на границах газ/жидкость и жидкость/жидкость составила соответственно 0,05-0,09 и 0,1-0,15°.

Разработанная методика измерения угла смачивания по сравнению с известными обладает рядом достоинств:

краевой угол измеряется непосредственно по восстановленному голограммы профилю мениска и изображению капилляра;

в отличие от других оптических методов, в голографическом кок пенсируются аберрации оптических элементов схемы, что позволяет осу ществлять визуализацию мениска без искажений;

методика позволяет контролировать геометрические параметры 1 однородность стенок капилляра по всей длине;

данные по краевым углам позволяют повысить точность измереш поверхностного натяжения методом капиллярного поднятия;

методика, в отличие от существующих, позволяет измерять уп смачивания не только на границе газ/жидкость, но и на границе хщ кость/жидкость.

Основой предлагаемой методики определения поверхностного натяже ния жидкостей послужил метод капиллярного поднятия.

Результаты исследования поверхностного натяжения жидкостей каш ллярным методом можно считать достоверными и представляющими це£ ность лишь в случав одновременного измерения краевого угла смачивг ния. Использование голографического микроинтерферометра для исследс вания жидкостей в капиллярах позволяет в ходе одного эксперимент провести измерения всех величин, необходимых для расчета о, именно: 0, х- и ь.

Методом двух экспозиций в полосах бесконечной и конечной ширш регистрировались голограммы мениска предельных и ароматических угле водородов. По восстановленным голограммам измерялись радиус катыш ра и краевой угол смачивания; высота столбика жидкости определялас

з!

Ряс.1. Интерфэрограмма мениска жидкости в капилляре

г» 1

Рис. 2. Интерферограмма границы раздела двух жидкостей в капилляре

>ис.З. Зависимость кревого угла >т количества атомов углерода в юлекуле п-алкана на поверхност-юй (1) и макфазной (2) границах

н

Рис.4. Зависимость краевого угла от числа атомов углерода в молекуле на меифазном мениске ароматический углеводород / глицерин

с помощью катетометра; поверхностное натяжение рассчитывалось формуле o=hgrAp/2ooß6, где h- высота капиллярного поднятия, г- bp рентой радиус капилляра, Ар- разность плотностей жидкой и газе фаз. Межфазное натяжение на границе предельный углеводород/Е определялось из соотношения

h? h.

OgOOBÖg jp - 0,0080^1- jf- )

°12= -öößF^--(3)

где o^ Og и et, eg - поверхностные натяжения и краевые углы уг водорода и воды на границе с воздухом; hg -высота подъема во вытесняющей столбик углеводорода высотой h,; н и L - выс капиллярного подъема воды и углеводорода при вытеснении воздуха.

Максимальная относительная погрешность измерения о и о1 составила 0,156 и 0,255 сооответственно при доверительной вероятное 0,95.

Предложенная голографическая методика исследования поверхност явлений позволяет проводить комплоксные измерения поверхностных : рактеристик: краевого угла и поверхностного натяжения на гран газ/жидкость и жидкость/жидкость. Существенным достоинством метод является ее высокая точность и хорошая воспроизводимость. Получен результаты позволили расширить круг веществ с известными поверхно ими характеристиками (трздекан, ксилол, кумол).

В третьей главе содержится краткий обзор литературы по опт ским методам исследования диффузии тепла и вещества; приведены ре: льтаты опеделэния коэффициентов диффузии, тепло- и температурой] водности жидкостей методом голографической интерферометрии и пог] шности измерения этих величин.

Изложенные в литературе результаты применения голографичеа методов получены для модельных жидкостей (растворы соли и сахарг воде). В этих случаях получают симметричную интерференционную кар-ну, интерпретация которой не представляет трудности. При взаимод« ствии двух разнородных жидкостей получаемая картина не является ci метричной и ее интерпретация усложняется. Кроме того, в опублш ванных работах используется метод голографической интерферомет] реального времени. "В наших экспериментах предпочтение было отдг методу двух экспозиций как более простому в исполнении и расшифрс

<е. Кроме того, во всех опубликованных статьях представлены исследования процесса диффузии в широких кюветах при отсутствии краевых эффектов. Однако в медико-биологических исследованиях важным является изучение микрообъектов и процессов в условиях, максимально при-Злиженных к естественным - в тонких трубках и капиллярах.

Для исследования диффузии и измерения коэффициента и использо-зался двухэкспозиционный метод голографической интерферометрии. В аоветах и узких стеклянных трубках наблюдалась диффузия предельных углеводородов в бензоле, а также глицерина и бензола в воде.

Одним из вариантов определения коэффициента диффузии является ^следование процесса в регулярном режиме и нахождение по интерферо-[■раммам темпа изменения показателя преломления п^ в заданных коорди-1атах:

псо~п'

1п -——./ _

П —П —2

Величина э в атом случае равна

псо-п' т2 1п п^* т2

Изменение показателя преломления, связанное, с изменением концентрации исследуемого раствора, вызывает, появление на голограмме штерференционных полос. Номер полосы связан с изменением п формулой

пн"пкя3т <6>

где пн и пк - показатели преломления раствора в моменты времени, зоответствующие первой и второй экспозициям духэкспозиционной голограммы ; г- ширина кюветы в направлении распространения луча. Учитывая (6), расчетное соотношение для коэффициента диффузии представляется в виде:

-2 ^(З./Б-) -2

Недостаток предложенной методики заключается в необходимости

достижения регулярного и стационарного режимов, времена наступлен которих составляют от нескольких минут до нескольких часов, по тому данную методику целесообразно применять для быстро взаимодейс вующих жидкостей. Существенным достоинством методики являет использование малых количеств жидкостей , что очень важно в медик биологических исследованиях.

Голографнческая интерферометрия использовалась также в исслед ваниях процессов массопереноса в их начальной стадии по модели пол пространства.

Решение задачи для показателя преломления представляется уравн нием

n.+ ru п.- ти

n(x.t)- -V-2- + -V-g erf( /2 ) (8)

2(Dt)1

Определяя со интерферограммам показатель преломления в точках координатами х.,, Xg и т.д., из формулы (8) находится функци erf(y), зная которую можно определить значение аргумента этой фун ции, т.е. y=x/2(Dt)1</2. Из последнего соотношения D=x2/4y2t.

Данная методика использовалась и для исследования диффузии жи костей в кюветах. Рассчитанные значения-коэффициентов D совпада с результатами, полученными для систем трубка / иммерсия.

Достоинство метода заключается в возможности расчета коэффиц ента диффузии при наличии одной интерферограммы. Преимуществом вт poro метода является также отсутствие необходимости достижения ст ционарного режима.

Значительным достоинством метода 'голографической интерфером трии является то, что она позволяет "увидеть" проявление краев эффектов в исследуемом процессе: в этом случае центральные инте ференционные полосы искривляются.

Рассчитанные значения коэффициентов диффузии хорошо ложатся прямую в координатах ln D - 1п И . Зависимость D от молекулярн массы предельного углеводорода выражается формулой D=Alfb, где 0,894, что хорошо согласуется с литературными источниками [2 Экспериментальные значения коэффициентов диффузии сравнивались теоретическими, рассчитанными по уравнению Вильке-Ченга [31:

7,4 10

(Ф М^1'2 Т

(Ю)

АВ

'да Ыд- молекулярная масса растворителя, т- температура, т]д- вяз-сость растворителя, уд- мольный объем растворенного вещества при юрмальной температуре кипения, Ф- параметр ассоциации растворителя. 5аксимальное отклонение от теоретических значений составило 5 % . 1огрешность измерения 1> методом голографической интерферометрии га модели полупространства составила ~2 % , а по модели неограничен-юй пластины .

Таким образом, описанная методика может , с успехом применяться 1ля исследования биологических растворов и различных белковых ком-юнентов в условиях, близких к естественным - капиллярах и узких ■рубках. Методика позволяет одновременно измерять геометрические па-1аметры капилляров, а также исследовать поверхностные свойства тонок (что оказывает влияние на характер протекания изучаемых провесов).

Исследование процесса теплопроводности жидких сред (некоторые редельные и ароматические углеводороды, вода) проводилось на голо-рафическом интерферометре. Интерферограммы температурного поля ре-истрировались в полосах бесконечной ширины методом двух экспозиций.

В стадии регулярного режима при наличии источника коэффициент емпературопроводности может быть найден из соотношения

ак известно, изменение' температуры связано с числом интерферен-аонных полос на интерферограмме соотношением [4]

це Б - номер интерференционной полосы в точке с координатой х. С ютом-(12), зависимость (11) представляется в виде:

(11)

АТ(х)- | Б(х) ^

(12)

h2 in(s./ s_) ьг a = % . (13)

И? V2 S nf

где m- темп изменения чила полос на интерферограмме, ц^х/2.

Метода голографической интерферометрии позволяют также роализо вать нестационарный метод исследования теплофизических свойств жид ких сред по модели полупространства.

Решение уравнения теплопроводности в этом случе имеет вид [53:

1(х>а)-т ierXo <14>

0 . к Z-/OX

Для координаты х=0 расчет выполняется по формуле

^■«WbV^ (15)

Таким образом, AT

та5 = Ук ierfo (16)

а и 2У5х

ИЛИ. ierfo В <= А (17)

Уравнение (17) позволяет по измеренным значениям А рассчитать веж

чину в» а по ней - коэффициент температуропроводности.'

Предложенная методика использовалась для определения комплекс?

теплофизических свойств жидких сред: коэффициентов тепло-и темпе

ратуропроводности, а также удельной теплоемкости. Методом двух экс

позиций в полосах бесконечной ширины регистрировались интерферс

граммы нестационарных полей в различные моменты времени. Расшифров!

интерфарограмм осуществляли фотомегрированием пленки на денситометр

позволяющем ■ точно определять центры интерференционных полос. Kooj

динаты полос определялись с помощью шкалы, нанесенной на стенку ш

ваты. ,

Используя зависимость (12), для двух значений координат имее»

ДКх,) S1 (х^)

(dl/dn=oon8t), где s, и S2 - номера полос*в точках с координатами : и xg. Таким образом, отношению избыточных температур в (16) coot

¡етствует отношение номеров интерференционных полос в данных точках.

Определение коэффициента температуропроводности сводится к нападению аргумента функции 1ег£с в по расчитанному значению А, •.е. величины х/2Уах , из которой а=х2/(4В2т;).

Определение номера полосы в плоскости нагревателя в различные юменты времени позволяет рассчитать избыточную температуру в этой >бласти:

дтн= дко.а) = у-в<0)-§|

[ тепловую активность

Ь-Й & ^р " .

УЙ ахн

tg р - тангенс угла наклона прямой -/г = к оси абсцисс). Мз-

юрив удельный тепловой поток ч = 12нн/2Б и tgp, рассчитывается 1вличина ь, а затем коэффициент теплопроводности. Зная плотность :реды, можно рассчитать величину удельной теплоемкости: с = Ъ2Ар

Погрешность измерения коэффициента температуропроводности в ре-'улярном режиме составила 6 % , в нестационарном - 2 % .

Достоинством метода является простота расчетных соотношений а акже возможность рассчитывать комплекс теплофизических характе-истик сред по одной интерферограмме.

основные вывода

1. Разработана и создана экспериментальная установка для иссле-ования межфазных явлений на границах раздела оптически прозрачных ред и явлений переноса, в этих средах методом голографической интер-ерометрии.

2. Впервые разработана методика комплексного определения основ-ых параметров смачивания - краевых углов и коэффициентов поверх-остного натяжения на границах раздела твердое тело/ жидкость/ газ и вердое тело/жидкость/жидкость.

3. Исследована и проанализирована зависимость поверхностных ха-актеристик углеводородов из ряда парафиновых и ароматических от их труктурных параметров.

4. Показано, что применение принципов голографической интерферо-

метрии для определения поверхностного и межфазного натяжения методе капиллярного поднятия позволяет повысить точность измерений указан ных характеристик.

5. С помощью разработанной методики получены значения величи поверхностного и межфазного натяжения, а также краевых углов некс торых n-алканов и ароматических углеводородов, в частности, три декана, ксилола и кумола, что позволило расширить список веществ известными поверхностными характеристиками.

6. Разработана •„. и реализована новая методика определения коэ<1 фициентов диффузии жидкостей в нестационарном режиме с использова нием двухэкспозициционной голографической интерферометрии. Опреде лены теоретические и экспериментальные критерии оценки границ приме нимости модели полупространства в процессах диффузии микроколичес! жидкостей.

7. Впервые предложена- голографическая методика комплексног определения теплофизических свойств жидких сред (коэффициентов те EUJ- и температур -роводности ) в нестационарном режиме на моделя неограниченной пластины и полупространства.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Адамсон'А. Физическая химия поверхностей. - М.:Мир, I979.-568 с.

2. Цветков В.Н., Эскин В.Е., Френкель С.Я. Структура макромолекул растворах. - Ы.:Наука, 1964. - 719 с.

3. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. .Свойства газов и жидкостей. - Л. Химия, 1982. - 591 с.

4. Хауф В., Григу ль У. Оптические метода в теплопередаче. - М.:Ми{ 1973. - 234 с.

5. Лыков A.B. Теория теплопроводности. - М.:Высш. ик., 1967. - 598

. СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

I. Лысенко О.Г., Карбалевич H.A. Контроль параметров капилляров i гографическом интерферометре // Голография в промышленности и ш учных исследованиях. - Гродно, 1986. - С.71-72. 2.. Фисенко O.A., Лысенко О.Г., Карбалевич H.A. Отчет ИТМО. Иш JÎI456, 'Х/Д 496.

3. Карбалевич H.A., Лысенко О.Г. Метода измерения геометрических ш раметров оптического волокна. // Энергоперенос в конвективных ш

токах. - Минск : ИТМО, 1985. - С. 127-136. 1. Лысенко О.Г., Карбалевич H.A. Оптическая диагностика капиллярных течений. // Оптические методы исследования потоков. 1 Всесоюзная конференция. - Новосибирск: Ин-т теплофиз., 1991. - С. 218-219. >. Лысенко О.Г., Карбалевич Н.. Голографическое исследование диффузии в капиллярах. // Оптические методы исследования прозрачных неоднородностей. - Ы., 1991. - С.37-39.

Лысенко О.Г., Карбалевич H.A. Исследование процессов тепло- и массопереноса жидких сред в капиллярах методом голографической интерферометрии. // Тепломассообмен - ММФ-92. Тепломассобмен в капиллярно-пористых телах. Т.7. ' - Минск:АНК ИТМО АН РБ, 1992. -С. 133-135.

. Lysenko O.G., Karbalevich N.A. Holographyo Diagnostics oi Transfer Processes in Capillary Plows. // Proo. 6 Int. Symposium on Plow Visualization. - Yokohama, 1992. P. 130-133. O.G. Lysenko, N.A.Karbalevich. Holographio interieromotrio study oi surface characteristics in liquid/liquid and gas/liquid systems. //Fourth triennial International Symposium "Pluoome' 94" - Toulouse (Pranoe), 1994. V. 2, p. 737-740. . O.G. Lysenko, N.A. Karbalevich. Holographio Interference Mioro-всоре Teohnique in Liquid Transport and Surfaoe Phenomena.// SPIE Proceedings. - in print.

РЕЗЮМЕ

Карбалевич Нина Александровна Голографическая диагностика поверхностных и диффузионных явлений в жидкостях лючевые слова: смачивание, капиллярные явления, краевой угол, по-эрхностное натяжение, межфазное натяжение, диффузия, теплопровод-зсть, голографическая микроинтерферометрия.

Методом голографической интерферометрии исследовались поверхно-гные и меифазные характеристики углеводородов в капиллярах, а также 1ффузионные и теплофизические параметры этих жидкостей в узких зубках и кюветах. Объектом исследования являлись широко используе-ie в химии, биологии и медицине углеводороды из ряда предельных и эоматических.

• В работе впервые предложена и реализована комплексная методик; исследования поверхностных характеристик жидкостей в капиллярах краевого угла и поверхностного натяжения на границе газ/жидкость : жидкость/жидкость. Реализованы преимущества голографической интерфе рометрии для визуализации микрообъектов и процессов и проведения из мерений высокой точности и воспроизводимости. Исследованы и проана лизированы зависимости поверхностных характеристик n-алканов от и структурных параметров; поверхностного натяжения от краевого угл смачивания;.коэффициента диффузии от молекулярной массы углеводоро да. Определен комплекс поверхностных, диффузионных и теплофизически характеристик некоторых парафиновых и ароматических углеводородов.

Разработанные и усовершенствованные методики могут быть примене ш для решения широкого круга научных и практических задач, связан ных с исследованием поверхностных, диффузионных и теплофизически характеристик сложных органических соединений, в том числе систе! газ/жидкость и жидкость/жидкость в капиллярах и капиллярно-пористы средах при различных условиях. '

SUMMARY

Karbalevioh. Nina Alexandrovna Holographio Diagnostic of Suriaoe and Diffusion Phenomena in Liquid Key words: wetting, oapillary phenomena, wetting angle, surfao tension, interface tension, diffusion, thermal oonduotivity, holo graphio interferons try.

The holographio interferometry technique was used for study in the surfaoo and interfaoial oharaoteristioe of hydrocarbons in oapi llaries, as well as diffusion coefficient, arui thermal dllTuHivity о liquids in narrow tubes and vessels.

The subjeot of study: saturated and aromatio hydrocarbons, whio are widely used in chemistry, biology and medioine.

In the paper a complex teohnique is developed and implemente for the investigation of suriaoe oharaoteristioe in oapillaries: th wetting angle and surfaoe and Interfaoial tension in liquid/gas an liquid/liquid systems. .

The advantages of holographio interferometry were employed wit

igh aoouraoy and reproducibility vor the visualization and investi-ation mioroobjeots and raiorosoopio phenomena.

The following iunotional dependencies have been investigated: urfaoe characteristics оf n-alkanes as a funotion of their struotu-al parameters; surfaoe tension versus the wetting angle; diffusion oeffioient as a funotion of molecular mass of hydrocarbons. The urfaoe oharaoteristics, diffusion and thermal diifusivity of some araffins and aromatio hydrocarbons have been measured.

The developed methods can be applied to solving a wide range of oientifio and praotical problems, wich are connected with the study f complex organio compositions, blood substitutes, as well as sur-aoe and thermal characteristics of gas/liquid and liquid/liquid ystems 1n ляр1Пяг1ея and rnpl 1 ЪогИоя.

P33BMS

Kap6ajieBi4 Н1на Аляксандра^на ■Галаграф1чная диагностика паверхневых i дыфузШшх з'яУ у вадкасцях гаочавыя слови: змочванне, капилярння з'явы, краяод вугал, паверх-эвае нацякэнне, микфазнае нацякэнне, дафуз!я, цешшраводнасць, га-зграф1чная м1кра1нтэрфераметрыя.

Метадам галаграф!чнай 1нтэрфераметр1И даследавал1ся паверхневыя м!хфазныя xapaKTapucruKi вуглевадародаУ у капилярах, а таксама ды-гз±йшя 1 цеплаф1з1чныя параметры гэтых вадкасцей у вузк!х трубках кюветах. АО'актам даследавания з'яУлял!ся широка выкарыстоУваемыя xiMii, dlyjiarli i медацынэ вуглевадарода з шэрагу межавых и эаматычных.

У рабоце упершыню прапанавана i рэал!завана комплексная методика юледавання паверхневых характеристик вадкасцей у кап!лярах: эаявога вугла i паверхневага нацяжэння на мяжы газ/вадкасць i вад-юць/вадкасцъ. Рэал1заваны пераваП галаграфачнай 1нтэрфераметры1 ш в1зуал1зацы! м!крааб'ектаУ i працэсаУ i правядзення вымярзнняУ юокай дакладаасц! i узнаУляльнасц1. Даследавани i праанал1заваны ¡лежнасц! паверхневых характеристик п-алканаУ ад ix структурных па-метраУ; паверхневага нацяжэння ад краявога вугла змочвання; казф!-тнта дофузП ад малекулярнай масы вуглевадарода. Вызначан комплекс

паверхневых, дафуз±йных 1 цеш1аф1з±чных характарыстык некаторых з рафЗяавых 1 араматычнцх вуглевадародаУ.

Расирацаваныя 1 удасканаленыя методык1 могуць быць применены , рашэннй инрокага кола навуковых 1 практичных задач, звязаных даслэдаванням1 паверхневых, дыфузШных 1 цеплаф1з1чных уласц!вас1 складаных арган1чных спалучэнняУ, у прыватнасц1, сЮтэм газ/вадка! 1 вадкасць/вадкасць'у кащлярах 1 кап!лярна-порыстых асяроддзях 1 розшх умовгх.

Карбялевич Нина Алвксяндротя

Голографическая диагностика поверхностных и диффузионных явленй в жидкостях

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано к печати 22.05.95. Формат 60x84 1/16. Бумага Объем 1 п.л. Заказ »24г . Тираж 100 вкз. Отпечатано на ротапринте Белгосуниверситета 220080 Минск, ул. Бобруйская, 7.