The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids
Рідкі містки електрогідродинамічного відрізняються від капілярних рідких мостів трьома властивостями: 1) потік, 2) розширюваність, 3) теплове випромінювання; порівняння показано на малюнку 2. Перед нанесенням напруги невеликих капілярних мостів, часто спостерігаються між двома судин, коли рівень рідини навіть при жолобів в горизонтальній конфігурації. Вони неминучі в вертикальної конфігурації, коли розділяє відстань менше декількох міліметрів.
Напругу можна застосовувати або в рампі (див 3.4.2.1 в протоколі) або крок (див 3.4.2.2 в протоколі). Напруги нижче порогового значення (V т) не виробляти ЕГД міст, але може викликати ряд інших явищ, таких як рідини об'ємного розширення (Малюнок 4), висхідний рух рідкої електрод лінії зіткнення (Малюнок 5), обертання і циркуляція рідини Основна (Малюнок 6 ), елеctrospraying і формування струменя (Малюнок 7). V т є власністю діелектричної рідини під слідством, концентрація і тип складових присутній, а також атмосфера екранування використовується. Граничне значення для запалювання є також функцією розділового судини. У той час як міст запалювання можна з поділу багатьох міліметрів прикладена напруга має бути вище і більше в стані спокою періоду можна спостерігати з більш насильницьким electrospraying до стабільний рідкий з'єднання утворюється. Наприклад, водні резервуари заповнені розділені на 5 мм, VT зростає до 17-20 кВ або вище.
Після V т був перевищений поєднання дуги і розпилення позначає запалювання (8а, 9а) і відразу за освітою тонкої перемичкою <1 мм в діаметрі. Після того, як міст встановлюється струм буде текти слід набрякання моста (8b малюнках, 9b), 3-5 мм в діаметрі в залежності від умов. У багатьох досліджених рідин досі час від моста запалювання для набухання між 10-500 мс і в значній мірі залежить від прикладеної напруги, відстань поділу, і в'язкості рідини 8,22,37.
У горизонтальних перемичок напрямок потоку залежить від конкретних умов рідких. Зазвичай чистий потік проходить від анода до катода, коли полярність високої напруги є позитивним. При продовженні (Малюнок 8с) діаметр буде коливатися, як правило, на низьких частотах між 1-10 Гц. Більш високі коливання також відбуваються і видно як поверхневих хвиль. Оптично видно в тілі моста активні хвилі щільності, коли назад горить з двійковим інтерференційної картини. Конкретні функції відгуку системи залежить як від рідкої системи, а також від характеристик джерела живлення.
Вертикальні мости схожі у багатьох відношеннях чГорізонтальная смуга ті; Тим не менш, вони не показують докази сильного потоку маси і, як правило, мають перебільшені Амфора-подібну форму. Підвищення результатів водіння напруги в більш циліндричного стовпа рідини і розширюваності (рисунок 9, в) трохи краще, ніж у горизонтальних перемичок (наприклад, 1,25 мм / кВ для води). Як горизонтальних перемичок вертикальних перемичок можуть утворювати без безпосереднього контакту між рідиною тіла до напруги. В цьому випадку конуса Тейлора спостерігається, щоб сформувати на верхній маятникового краплі. Цей спрей буде поширюватися вниз формування стабільного струмінь, яка швидко набухає при контакті з нижньою скельного краплі.
На відміну electrosprays, EHD мости в полярних діелектричних рідин розсіювати енергію у вигляді як теплової, так і не-теплового інфрачервоного (ІЧ) випромінювання 44. Термографическое записи рідких мостів (рис 7-10) є корисним інструментом для вивчення динаміки поверхневого стоку, а також для Куantifying в в operando ІК активну розподіл енергії. Теплове випромінювання обумовлено в значній мірі омічного нагріву і, таким чином, чутливої мірою стабільності іонного як різні рідини, як правило, тепло-різному, враховуючи же розсіюється. Наприклад водних мостів (Малюнок 9в) зазвичай працюють 35-50 ° С, і алкоголь мости запустити кілька градусів прохолодніше на рахунок як низький тиск пари, а також відмінності в іонної стабільності 39. Інший ілюстрацією цього пов'язаного поведінки знаходиться в апротонному ДМСО, який має низьке тиск пара і утворює негативні іони, які мігрують в протилежному напрямку з більшістю інших полярних рідин. ДМСО мости, як правило, працюють при температурах, близьких 100 ° C (Малюнок 10а). В'язкість і теплоємність також грають істотну роль в тому, як теплова енергія розсіюється в системі, як можна бачити на локалізованого нагріву знайти в гліцеринових містків (рисунок 10В).
(8d малюнках, 9d), поки не буде досягнуто критичне значення і Плато-Релея нестійкості порушити (8e малюнки, 9е) ліганд-як міст в рядок крапель, які будуть мігрувати в Електричне поле. Інший спосіб руйнування моста, як правило, можна знайти тільки в горизонтальній конфігурації, відбувається, коли діаметр міст стає занадто великим, що призводить до високої маси і вниз струменем води. Така поведінка може призвести до коливань мосту, що виробляє "хитний" ефект, який може викликати міст знову дестабілізувати в крапельки. Брод великого діаметраГЕС може статися в результаті надмірного гідростатичного напору в одній посудині за рахунок односпрямованого потоку що призводить до переповнення; альтернативно збільшуючи напругу до високих значень лише невеликим відривом буде виробляти дуже широкий міст або "води шосе". Ці великі мости діаметра можуть теж не звернувши в один великий краплі, які падає вниз під дією сили тяжіння.
Малюнок 1 Основне обладнання для ЕГД експериментів рідина мостових. Схематичне зображення типової горизонтальної (а) і вертикальної (б) експериментальної системи для створення рідких мостів ЕГД. Деякі механічні деталі, такі як кріпильних ременів і електродом опор опущені для ясності. Основними компонентами є рідкі судини (I), ізоляційні платформи або моунц (к), електроди (К), і високовольтне джерело живлення (м). Лінійні етапи перекладу рекомендуються для безпечного розділення двох судин, як тільки мостом встановлено. Мертві палиця показано на панелі (с) зібраний з шматка непровідного жорсткого матеріалу (р), який проводить метал стержня (д), і кілька обгортання з ізоляційної стрічки застосовується в перетинали чином або іншого кріпильного матеріалу (г). Кінець метал використовується для формування коротке замикання між двома електродами після укладення експериментів, щоб переконатися, що схема розряджається до транспортного устаткування. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
Малюнок 2. Порівняння капілярних і ЕГД водних мостів. Горизонтальна капілярної міст може охоплювати тільки невеликий зазор 1,5 мм (а), тоді як горизонтальні ЕГД мости на трьох різних напруг 4 кВ (б), 6 кВ (С), 8 кВ (D) легко проходити розрив. Зверніть увагу, що EHD мости текти по доза тоді капілярної міст підвішений між носиками. Аналогічно вертикальна капілярної міст (е) має більш вузьку талію (~ 1,5 мм в діаметрі.) І може бути продовжений тільки ~ 3,3 мм на відміну від вертикальних ЕГД мостів, які розширюється. Три EHD мости керовані на 4 кВ (F), 6 кВ (г), і 8 кВ (ч) на такій же відстані поділу в якості капілярного моста показані. Більш висока напруга збільшує моста діаметр талії, швидкість потоку і збільшення опалення в результаті підвищеної потужності, що розсіюється в мосту. Збільшення утворення бульбашок спостерігається при більш високих напругах, як розчинність газу зменшується з ростом температури. Масштабна лінейкаво всіх кадрах становить 1 мм. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
Малюнок 3 Характерні криві для рідкого моста води. Відносини між струмом і напругою для рідких мостів води на 0, 5, 10, 15 мм відстань поділ побудовані. Нижній поріг, нижче якого немає рідини міст не буде утворювати (див вставку фотографію в лівому нижньому кутку), і верхній поріг, вище якого мости є нестабільними (вставка фото 1-4) пов'язаний область стійкості. Для більшості мостів з деякою вимірних розширення (тобто ≥ 5 мм) загальна потужність, що розсіюється лежить між 10 і 20 ват. Розрив моста за межі верхнього порогу буде часто слідують послідовність подій, прогресуючих від нормального експл.протівоугоннойіонная (вставка 1), щоб витік (вставка 2), провисання (вставка 3), і, нарешті, розрив (вставка 4). Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
Малюнок 4 збільшення обсягу. Вся поверхня рідини з двох судів можна побачити рости у відповідь на прикладеного електричного поля за допомогою проектованої довічним інтерференційної картини. Два тефлонові склянки, наповнені водою зображуються з прогнозованим інтерференційної картини на двох різних напругах а) 0 кВ і б) 15 кВ. Зміна проектованого бахромою (панель с) аналізується за допомогою IDEA 33 програмне забезпечення, яке використовує перетворення фільтрується Фур'є для перетворення зміни в частоті бахрома модуляції вотносітельний зростання висота. Нерівномірність виявленого зсуву пов'язано з низькою просторової частоти проектованого бахромою і артефактів в зв'язку з дискретного косинусного перетворення, засновану фазового методу розкрутки. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
Малюнок 5 Діелектрофорез і електросмачіванія. Електромеханічний відповідь гліцерину високих потенційних електричних полів. Два платинові електроди занурені в безводному гліцерині при 0 кВ (а) і 19 кВ (б) показують, як рідина сильно приводом вгору. У модифікації експерименту Pellat в підняв обсяг повністю видаляється з яких охоплює водосховища поступаючись EHD гліцерину Bridgе відбулася між двома електродами (с). Крім того, в разі стрижневих електродів (D) на лінії зіткнення переходить на електрод із застосуванням 15 кВ (E) підвищення електроди тягне рідину тіло вгору, щоб сформувати усіченого конуса (F), що показує підвищену смачиваемость, породжений сильною поля. Шкала барів є 5 мм. Кадри взяті з додаткових відео S1 (AC) і S2 (DF). Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
Малюнок 6 Sumoto ефект візуалізується в інфрачервоному діапазоні. Послідовність Інфрачервоне зображення з одного судна гліцерину в неоднорідному електричному полі за умови, використовуючи простий точки площині електродаСістема, показана на видиме світло в панелі (а). Потужність (19 кВ постійного струму) застосовується при Т = 0 сек. Часовий охолодження поверхні відбувається під точковим електродом (т = 15 с) Це місцеве охолодження поширюється по поверхні і розвивається неоднорідності, генерацію сили повороту, а безпосередня спочатку маленький і вимагає приблизно 75 сек, щоб стати видимим на поверхні. Час між кадрами становить 15 сек. Шкала бар становить 10 мм. Кадри з додаткового відео S3. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
Малюнок 7 охолодження Попередньо запалювання в системі моста вертикальної з 10 мм відстань поділу. Верхній конус Тейлора і нижче сидячі крапля вертикальної водяній місток встановлений-у р показані крупним планом під час рампи напруги. Зображення в довгохвильовій інфрачервоній області спектра і являють собою емісію поверхні. З зображень існує стійкий охолодження і подовження (оголошення) з обох рідких поверхонь як прикладена напруга збільшується і досягає мінімальної температури 1-2 ° С нижча за початкову (а) безпосередньо перед викидом струменя (е) від верхнього конуса Тейлора. Нижній краплі відкати заздалегідь зарядженої струменя, але швидко приєднується після контакту (EF), випромінювання швидко піднімається, як стабільна EHD рідина міст встановлюється (г). Зниження температури було підтверджено за допомогою волоконно-оптичного термо-зонд. Нижній сидячі крапелька ~ 2 ° C тепліше, ніж верхнього конуса внаслідок експлуатації раніше; як правило, високі напруги судно буде досягти дещо вищу температуру. Кадри з додаткових відео S4 (верхній конус) і S5 (нижня крапельним шляхом) .загрузіть / 51819 / 51819fig7highres.jpg "мета =" _blank "> Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
Рис.8 тепловізійні зображення горизонтальної водяний місток від запалювання до зникнення. Представник серії з композитного середині хвилі (3.7-5.0 мкм) і довгохвильового (8,0-9,4 мкм) інфрачервоних зображень, що характеризують експлуатаційні етапи для горизонтальних рідких мостів, показаних на вода: (а) запалювання, (б) розширення, ( в) розширення, (г) стабілізація, (е) розрив. У цій послідовності зображень міст була погашена відключення живлення системи. Кадри з додаткового відео S6. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися збільшене малюнку.
. Малюнок 9. тепловізійні зображення вертикальної водяній місток від запалювання до зникнення представник серії довгохвильової інфрачервоної області спектра (7,5-9,0 мкм) зображення, що характеризують експлуатаційні етапи для вертикальних рідких мостів показано для води: (а) запалювання, (б) розширення , (в) знижується напруга, (г) утворення ліганд, (е) розрив в крапельки під впливом нестабільності Релея-плато. Минулий час показано в мілісекундах. В останні кадрів фон контраст доводили до підвищення крапель візуалізації. Кадри з додаткового відео S7. Будь ласка, натисніть тут, щоб побачити збільшене вір Сіон цієї фігури.
Малюнок 10. термографических зображень горизонтальних перемичок в ДМСО і гліцерин. Диметилсульфоксиді (ДМСО) (а) та гліцерину (б) виділення міст в композицію середині хвилі (3.7-5.0 мкм) і довгохвильової інфрачервоної області спектра (8,0-9,4 мкм). Кадри з додаткових відео S8 (ДМСО) і S9 (гліцерину). Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.