Капиллярные движения пузырьков и капель, управляемые тепловым воздействием света

• Автор: Иванова, Наталья Анатольевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Список принятых сокращений и обозначений
* ВВЕДЕНИЕ
1. Капиллярные эффекты: исторический экскурс
2. Применение в физико-химических и микрогравитационных технологиях
3. Микрофлуидика
4. Цель работы
ГЛАВА I. ДИНАМИКА ПОВЕРХНОСТЕЙ РАЗДЕЛА ФАЗ:
ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ И ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Влияние термофизических и химических свойств жидкости ' на ПН
1.1.1. Зависимость ПН от температуры для чистых жидкостей
1.1.2. Зависимость ПН растворов от концентрации ТАВ и ПАВ
1.1.3. Уточнение терминологии
1.1.4. Зависимость ПН от разности потенциалов через ПРФ
1.2. Капиллярная статика. Уравнение Юнга - Лапласа.
Явление смачивания
'# ■ 1.3. Динамика ПРФ. Капиллярное течение жидкости
1.4. Эффекты Марангони. Виды течения жидкостей в 24 микромасштабе.
1.4.1. Электрокапиллярный эффект
1.4.2. Термокапиллярный эффект
1.4.3. Концентрационнокапиллярный эффект
1.4.4. Конкурирующее действие механизмов вызывающих течение жидкости
1.5. Фотоиндуцированная концентрационнокапиллярная конвекция
1.6. Основные результаты и выводы
Основные результаты и выводы

ГЛАВА II. ТЕРМОКАПИЛЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ МАНИПУЛЯЦИИ ПУЗЫРЬКАМИ В ЯЧЕЙКЕ ХЕЛЕ-ШОУ С ПОМОЩЬЮ ПУЧКА СВЕТА
2.1. Анализ ранних исследований движения пузырьков
% в ячейке Хеле-Шоу
2.2. Экспериментальная установка и методика эксперимента
2.2.1. Нагрев слоя жидкости, поглощающей излучение
2.2.2. Приготовление рабочих жидкостей
2.3. Роль сил ПН, вызванных градиентами температуры
или концентрации, в движении газовых пузырьков
2.3.1. Разграничение механизмов движения
2.4. Механизм ТК движения пузырьков, управляемых пучком
света в ячейке Хеле-Шоу
• 2.4.1. Визуализация течений
2.4.2. Частота вращения ТК вихря и его глубина. Кривизна ПРФ
2.4.3. Скорость течения, примыкающего к ПРФ
2.4.4. Оценка перепада температуры между полюсами пузырька 67 при его движении за пучком света
2.5. Скорость и форма движущихся пузырьков
2.5.1. Классификация пузырьков по форме
2.5.2. Зависимость скорости пузырька от мощности пучка света
2.6. Влияние сил вязкого трения и инерции на скорость
* и форму пузырька
2.6.1. Капиллярные силы и силы вязкости 7
2.6.2 Силы Марангони и силы вязкости
2.6.3. Силы инерции, капиллярные силы и силы вязкости £2
Основные результаты и выводы

ГЛАВА III. КОНЦЕНТРАЦИОННОКАПИЛЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ ПУЗЫРЬКАМИ И КАПЛЯМИ С ПОМОЩЬЮ ПУЧКА СВЕТА
Раздел 1. ПУЗЫРЬКИ ф 3.1. КК движение малых пузырьков
3.2. КК механизм течений вдоль ПРФ больших пузырьков. Массоперенос через ПРФ
3.3. Деформация больших пузырьков.
Сравнение КК и ТК скоростей на ПРФ
3.4. Деление фасолевидных пузырьков
Раздел 2. КАПИЛЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ: КАПЛИ В
ПУЗЫРЬКАХ
3.5. Эволюция капли в пузырьке находящемся
в ячейке Хеле - Шоу
* Основные результаты и выводы
ГЛАВА IV. ПРИМЕНЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОЙ СВЕТОМ КАПИЛЛЯРНОЙ КОНВЕКЦИИ В МИКРОЖИДКОСТНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ
4.1. ТК пузырьковая прокачка жидкости в микроканалах управляемая тепловым действием света 1
4.1.1; Модель пузырькового микронасоса и демонстрация прокачки
4.1.2. Оценка скорости и КПД прокачки. Анализ течений в канале при ^ прокачке жидкости газовым пузырьком.
4.2. Оптические свойства аномальной капли
* 4.2.1. Обзор адаптивных микрооптических элементов
4.2.2. Поиск оптимальных растворов для создания ВСМ
4.2.3. Методика эксперимента
4.2.4. Оптические и динамические характеристики капли-ВСМ
Основные результаты и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
* ПРИЛОЖЕНИЕ

шайбовидного (находящегося в ячейке) и сферического пузырьков равного диаметра, как показано на Рис. 2.2.
Для этого воспользуемся параметром, представляющим отношение площади

капиллярного объекта к его объему, 1. = --. Несложные выкладки показывают, что для шайбовидного пузырька этот параметр больше, чем для сферического
2. рлск 1 "Г 2 у
- = >1. Следовательно, и поверхностная машина, как отметил Дж
^.чрИ Зу
(см. эпиграф к Главе I), у пузырьков шайбовидной формы значительно «мощней», чем у сферических пузырьков.
2.1. Анализ ранних исследований движения пузырьков в ячейке Хеле—Шоу
Динамика газовых пузырьков в ячейке Хеле-Шоу описывается уравнениями [169]:
Taylor и Saffman решили эту систему уравнений в предположении, что значение ПН пузырька является пренебрежимо малым [169,170]. Из их теории следуют парадоксальные выводы. В горизонтальной ячейке, когда течение жидкости вызвано градиентом давления, пузырек принимает форму эллипса и его скорость, иь, всегда больше, чем средняя скорость жидкости и,, т.е. иь > ui • Если соотношение скоростей определяется как иь =2 щ, то пузырьки имеют форму круга. Движение пузырьков направлено вдоль большой оси, когда иь> 2 itf, и вдоль короткой, когда иь < 2 и
Тапуеег [171,172] решил задачу с учетом ПН и получил несколько ветвей решения, которые давали разные формы пузырьков. В частности, он нашел, что газовый пузырек, сплюснутый в направлении поперечном движению жидкости, может иметь
V • и =0 Vp = -12pu//i2
(2.1)
(2.2)
[170].
отрицательную кривизну в ведущей части2'2*.
2 21 Отметим, что впервые пузырьки с отрицательной кривизной наблюдал в своих опытах Б.А. Безуглый [56] еще задолго до теоретических работ [171,172]. Поэтому дальше будем называть их «фасолевидпые», как было предложенного Безуглым в [56].