Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время известно шыное количество экспериментальных методов исс-:дования тепломассопереноса. Их принято делить на штактные и бесконтактные. Основным недостатком фвых является возмущение ими изучаемой среды и >зможность их применения лишь в одной или не-юльких точках изучаемого объекта. Среди бесконтак-іьіх (оптических) методов можно выделить две груп-
-
теневые - основанные на измерении освещенно-:и и идентификации световых лучей;
-
интерференционные - основанные на регистрации азности фаз. По сравнению с теневыми интерферен-ионные методы имеют большую разрешимость и точ-ость. Однако они являются более сложными и дорого-гоящими и, как правило, имеют меньший диапазон змерений.
В последнее время появился еще один быстроразви-ающийся метод исследования тепломассопереноса -юминесцентный. В его основе лежит температурная ависимость люминесценции некоторых люминофоров. 1о сравнению с контактными методами измерений лю-шнёсцентный обладает теми же преимуществами, что ; известные оптические методы, но является менее ложным и не менее точным по сравнению с ними.
На современном этапе развитие исследований провесов теплообмена определяется развитием экспери-іентальньїх методов, которые играют важную роль не
только в получении каких-то конкретных данных, но для накопления недостающей информации, необходк мой для разработки и усовершенствования теоретиче ских методов решения. Таким образом, значительны интерес представляет дальнейшее развитие оптическю в первую очередь люминесцентного, методов исследо вания для решения тешгофизических задач, позволяю щее получать информацию о характеристиках тепло массопереноса во всем объеме или по всей поверхи ості обтекаемого тела в масштабе реального времени, ні возмущая изучаемой среды.
Целью, настоящей работы являлась разработка лю минесцентных методов для исследования процессої тепло- и массопереноса.
Основные задачи, вытекающие из этой цели:
исследование механизмов влияния среды на оптические характеристики красителей, входящих в основу люминесцентных датчиков скорости и температуры;
исследование некоторых процессов тепломассопе-реноса с помощью разработанных люминесцентных методов.
Методы исследования- Для изучения спектральных характеристик химических соединений использовались стандартные установки для снятия спектров поглощения и люминесценции. Для градуировки разработанных люминесцентных термопленок и их контроля использовались методы радиационной пирометрии.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- разработан люминесцентный метод измерения тем
пературы поверхности нагретых тел в диапазоне от 20
100 С, основанный на температурной зависимости минесценции трифенилметановых красителей;
- разработан люминесцентный метод измерения
;дней скорости медленных потоков на основе зави-
«гости от скорости параметров пространственно-вре-
нных структур (ПВС);
- разработан новый фотохромный раствор на основе
дкоформы родамина С для получения профиля ско
рей методом фотохромной визуализации; -
- разработана методика измерения концентрации
слорода на основе ПВС в спиртовых растворах ант-
хинона;
впервые обнаружен и описан эффект образования ЗС в системе антрахинон-спирт. Показано, что в се-и фотохимических реакций, приводящих к образова-ю ПВС антрахинона, определяющую роль играет оцесс тушения триплетных состояний антрахинона слородом;
показано, что наблюдаемое существенное измене-ге интенсивности и формы спектров люминесценции ифенилметановых красителей в пленках поливинил-тираля и явление температурного гистерезиса их лю-гаесценции обусловлены влиянием температуры на ідвижность и структуру окружающей молекулу кра-теля среды.
Научная и практическая значимость. Обнаружен эф-;кт появления ПВС, образующихся ярко люминесци-'ющим фотопродуктом, в системе антрахинон - изо-юпиловый спирт. Качественное отличие обнаружен-)го явления от предыдущих работ заключается в об-ізовании ПВС не только в тонких слоях (0,005-1
мм), но и в образцах большей толщины (1-30 мм) и полимерных пленках. Поведение ПВС в слоях больше толщины отличается от описанного ранее эффекта во; никновения структур в тонких слоях. При определен ных условиях эксперимента локальные конвекционны потоки, обусловленные особенностями протекания фо тореакций, способствуют формированию ПВС в рас творах антрахинона, в то время, как во всех известны ранее люминесцирующйх ПВС они играют негативную роль. На основании последнего факта были разработа ны методы визуализации медленных течений в трубка: с целью измерения средней по сечению скорости пото ка и температуры пограничного слоя нагреваемого ци линдра, в основе которых лежат температурная и ско ростная зависимости временных характеристик образо вания ПВС. Эти методы могут найти применение \ прикладной медицине, гидродинамике.
Предложен фотохромный индикатор на основе рода мина С для визуализации жидкостных потоков, в частности при экспериментальных исследованиях в області гидродинамики.
Предложен метод исследования теплофизических характеристик, основанный на температурной зависимости люминесценции полимерных пленок поливинилбу-тираля с внедренными молекулами трифенилметановыя красителей. Полученные результаты свидетельствуют с том, что данный метод может быть использован для получения информации о мгновенном распределении температур по всей поверхности обтекаемых тел сложной геометрической формы.
В ходе исследований механизма влияния температу-[ на интенсивность люминесценции ряда трифенил-тановых красителей в полимерной матрице было вы-нено, что молекулы этих красителей являются свое-разными датчиками структуры окружающей среды, о открывает новые перспективы их применения, на-имер, для изучения фазовых переходов в полимерах. Апробация работы. Основные результаты диссерта-онной работы обсуждались на международной конвенции "International organic substances solvent traction conference" (Воронеж, 1992), І Республикан-ОМ съезде по теоретической и прикладной механике лматы, 1996); на ежегодных научных конференциях ірагандинского государственного университета (1992-96 гг.); на Республиканской конференции "Состоя-іе и перспективы создания использования средств «троля, измерения и АСУ ТП на предприятиях Ре-ублики Казахстан" (Караганда, 1996). На защиту выносятся:
1. Люминесцентный метод диагностики температуры,
лючающий разработанную и адаптированную к исс-
дованиям в жидкой среде термопленку на основе
ифенилметановых красителей.
2. Разработанные люминесцентные методы диагно-
ики температуры и средней скорости медленных по-
ков, в основе которых лежит зависимость индукци-
[ного времени образования ПВС в системе антрахи-
ін-спирт от скорости потока и от температуры окру-
іющей среды.
-
Разработанная фотохромная жидкость для пол учения профиля скоростей потока на основе родамин; С.
-
Результаты исследований механизма влияния ере ды на оптические характеристики трифенилметановы: красителей и механизма образования люминесцирую щего фотопродукта антрахинона, ведущего к образова нию ПВС.
-
Результаты исследований процессов тепломассо переноса с помощью разработанных методов.
Публикации. Основные результаты проведенных ис следований опубликованы в семи печатных работах.
Структура диссертационной работы определена по ставленными задачами и состоит из введения, четыре) глав, выводов и списка цитируемой литературы.
Общий объем, диссертации составляет 166 страниі машинописного текста, включая 1 таблицу, 36 рисунков и библиографию из 193 наименований.