Эволюция фототермокапиллярного эффекта и разработка методов лазерной диагностики жидкостей на его основе

• Автор: Чемоданов, Сергей Игоревич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ФОТОТЕРМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Основные фототермические эффекты и классификация основанных на них методов лазерной диагностики.

1.2. Методы, используемые фототермической спектроскопии

1.3. Фототермическая калориметрия контактная и радиометрия

1.4. Фотоакустический эффект.

1.5. Фототермичсская рефракция термолинза, фототермическая дефлекция и миражэффект.

1.6. Фототермическая дифракция.

1.7. Фототермическая интерференция.

1.8. Фототермическое поверхностное отклонение
1.9. Фототермокапиллярный эффект.
Глава II. ЭВОЛЮЦИЯ ТЕРМОКАПИЛЛЯРНОГО ОТКЛИКА ТОНКОГО СЛОЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
2.1. Экспериментальная установка и методика эксперимента.
2.2. Эволюция ТК отклика слоя жидкости на поглощающей подложке
2.3. Стационарный ТК отклик
2.4. Влияние паузы между экспериментами на время задержки
2.5. Зависимость времени задержки ТК отклика от толщины слоя жидкости
2.6. Зависимость времени задержки ТК отклика от мощности пучка
2.7. Термокапиллярный отклик слоя 1,4диоксана
2.8. Фототермическая установка для исследования ФТК эффекта.
Выводы.
Глава III. ЭВОЛЮЦИЯ ТЕРМОК АПИ Л ЛЯРНОГО ОТКЛИКА ТОНКОГО СЛОЯ ВОДЫ
3.1. Вода аномальная жидкость
3.2. Особенности возникновения ТК конвекции в воде.
3.3. Эффект задержки ТК отклика в различных пробах воды
3.4. Эволюция ТК отклика слоя воды.
3.5. Зависимость времени задержки ТК отклика от мощности пучка.
3.6. Влияние ПАВ на эффект задержки ТК отклика.
3.7. Автоколебания ТК отклика слоя воды
Выводы.
Глава IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЛОКАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО ВОЗМУЩЕНИЯ ЗАПУСКАЮЩЕГО ТЕРМОКАПИЛДЯРНУЮ КОНВЕКЦИЮ
4.1. Коэффициент поглощения исследованных жидкостей
4.2. Измерение коэффициентов поглощения и отражения эбонита
4.3. Радиус лазерного пучка
4.4. Проверка метода калиброванных проволочек
4.5. Учет сил плавучести.
4.6. Постановка задачи.
4.7. Четыре модели распространения тепла в среде.
4.8. Результат расчета теплового возмущения
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Предложена непротиворечивая и ясная классификация этих методов и ФТ эффектов, на которых они основаны. Четко показана общность и место ФТК эффекта и методов, основанных на нем, как перспективного ФТ инструмента для ЛДЖ. Во второй главе подробно описана экспериментальная двухлучевая установка и методика эксперимента. Представлены результаты исследования эволюции ТК отклика в слоях органических веществ. Объяснены эффекты задержки и всплеска ТК отклика. Показана зависимость времени задержки ТК отклика от толщины слоя жидкости и мощности пучка лазера. Приведено описание компьютеризованной ФТ установки для исследования ФТК эффекта и рассмотрены характерные сигналы, получаемые с ее помощью. В третьей главе обсуждаются особенности возникновения ТК конвекции в воде. Исследована зависимость времени задержки ТК отклика для различных проб воды, а также ее зависимость от мощности индуцирующего пучка лазера. На примере гексадеканола показана огромная чувствительность ФТК эффекта к микроконцентрациям ПАВ на поверхности воды, даже когда они создают поверхностное давление, необнаружимое стандартными методами. Предложено применение этого метода для контроля слоев Ленгмюра, например, при создании пленок ЛенгмюраБлоджетт. В четвертой главе приведены результаты расчетов теплового возмущения, запускающего обнаружимую ФТК конвекцию. Необходимые для расчетов значения параметров системы пучокслойподложка измерены экспериментально. Обнаружен и подробно исследован эффект задержки ТК отклика в зависимости от толщины слоя и мощности пучка для нескольких органических жидкостей и воды. Кроме этого, обнаружено и дано объяснение еще двум капиллярным явлениям всплеску и автоколебанию ТК отклика. Впервые исследован ФТК эффект в воде. Показана зависимость эффекта задержки ТК отклика от наличия микропримесей в воде. Продемонстрирована возможность определения поверхностного давления ПАВ на поверхности воды вплоть до концентраций соответствующих идеальному двухмерному газу. Практическая ценность. Разработанный метод контроля загрязнения воды поверхностноактивными примесями и созданная на его основе установка могут быть использованы в фармацевтической, химической, пищевой и других отраслях промышленности для контроля в реальном времени концентрации органических веществ в воде , , . Этот метод можно также применять вместо весов Вильгельми в установке для изучения пленок Ленгмюра и получения пленок ЛенгмюраБлоджетт как более тонкий неинвазивный инструмент. К тому же, измерение времени задержки или параметров всплеска позволяют бесконтактно измерять такие величины как толщину слоя жидкости, ее вязкость и температуропроводность , , . ФТ установка для исследования ФТК эффекта, в частности эффекта задержки ТК отклика, которую можно использовать в научных исследованиях, промышленности, и учебном процессе. Достоверность полученных результатов основана на тщательной разработке методик экспериментов и подтверждается их воспроизводимостью, и, в ряде случаев, независимыми данными, полученными другими способами. ТК отклика. Личный вклад автора является основным на всех этапах исследования и заключается в непосредственном выполнении всех экспериментальных и части теоретических исследований, анализе и обобщении результатов исследования, непосредственном участии в той части работ, которая выполнена в соавторстве. Апробация работы и публикации. Хом межотраслевом научном и методическом семинаре Теплофизика, гидрогазодинамика, теплотехника. Европейской конференции по химии межфазных поверхностей. Ii i i . Бремен, Германия, сентябрьоктябрь
Всероссийской Федеральной итоговой научнотехнической конференции творческой молодежи России по естественным, техническим, гуманитарным наукам. Первой Всероссийской конференции студентов и молодых ученых Перспективы развития фундаментальных наук. ХИом межотраслевом научном и методическом семинаре Теплофизика, гидрогазодинамика, теплотехника. Всероссийской конференции с участием зарубежных ученых Задачи со свободными границами теория, эксперимент и приложения. Бийск, июль , .