Fri, 2012-06-22 15:17 | 
Επίδραση διαλυτών επιφανειοφραστικών σε ροές με ελευθερη επιφάνεια
Η ροή υγρού υμένα απαντάται σε διάφορα φυσικά και βιολογικά φαινόμενα και σε πλειάδα βιομηχανικών εφαρμογών. Παράλληλα, αποτελεί ένα βασικό πρότυπο ροής με ελεύθερη επιφάνεια, όπου εφαρμόζονται θεωρίες μη-γραμμικής δυναμικής και χάους. Η προσθήκη επιφανειοδραστικών στη ροή υγρού υμένα συναστάται με ευρύ φάσμα εφαρμογών, από την παραγωγή υγρών καθαρισμού έως την ανάπτυξη σύγχρονων θεραπευτικών τεχνικών.
Η παρούσα διατριβή μελετά πειραματικά την επίδραση στη ροή υγρού υμένα από την προσθήκη ισο-προπανόλης και SDS (Sodium Dodecyl Sulfate). Με χρήση της αγωγιμομετρικής τεχνικής μετράται η χρονική μεταβολή του πάχους του υμένα σε διάφορες θέσεις κατά μήκος της ροής. Η επεξεργασία των δεδομένων οοδηγεί στον προσδιορισμό των κρίσιμων συνθηκών πρωτογενούς αστάθειας (πέρα από τις οποίες η ελεύθερη επιφάνεια αναπτύσσει κυματισμούς) και των χαρακτηριστικών των κυμάτων στην ασταθή περιοχή.
Υδατικά διαλύματα ισο-προπανόλης και γλυκερίνης ακολουθούν παρόμοια συμπεριφορά, αν και παρουσιάζουν σημαντική διαφορά στην επιφανειακή τάση. Η εξάρτηση του κρίσιμου αριθμού Reynolds από τις φυσικές ιδιότητες του υγρού περιγράφεται από τον αδιαστατο αριθμό Kapitza. Η μετάβαση, είναι επίσης συνάρτηση του πλάτους του καναλιού, ιδιαίτερα στο όριο των υψηλών αριθμών Kapitza. Η μη-γραμμική εξέλιξη, η οποία οδηγεί στην ανάπτυξη μοναχικών κυμάτων με πρόδρομους τριχοειδής κυματισμούς, αποτελεί κοινό χαρακτηριστικό όλων των απλών υγρών.
Τα υδατικά διαλύματα SDS παρουσιάζουν θεμελιώδως διαφορετική συμπεριφορά από αυτή των απλών υγρών. Οι διαταραχές της εισόδου αποσβένονται δραστικά και ο κρίσιμος Re εξαρτάται έντονα από τη συγκέντρωση του επιφανειοδραστικού. Μέγιστη σταθεροποίηση, που αντιστοιχεί σε συγκέντρωση SDS περίπου 10% της κρίσιμης για σχηματισμό μικκυλίων. Με περαιτέρω αύξηση της συγκέντρωσης, ο κρίσιμος Re μειώνεται συνεχώς και σταδιακά προσεγγίζει την τιμή του καθαρού υγρού. Τα κύματα στην ασταθή περιοχή παραμένουν ημιτονοειδή για μεγάλο εύρος τιμών των παραμέτρων και εμφανίζουν μικρούς ρυθμούς ανάπτυξης. Οι παραπάνω παρατηρήσεις ερμηνεύονται από την ελαστική συμπεριφορά της ελεύθερης επιφάνειας, η οποία οφείλεται στην ανάπτυξη τάσεων Marangoni λόγω χωρικών μεταβολών της επιφανειακής συγκέντρωσης επιφανειοδραστικού. Υψηλές συγκεντρώσεις SDS στην κύρια μάζα του υγρού ενισχύουν τους ρυθμούς μεταφοράς μεταξύ επιφάνειας-κύριας μάζας, και συνεπώς αμβλύνουν τις επιφανειακές κλίσης συγκέντρωσης.
