Ανάπτυξη οπτικής τεχνικής για τη μελέτη της ροής λεπτού υγρού υμένα

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι μια πρώτη προσπάθεια περιγραφής και ποιοτικής μελέτης των δημιουργούμενων κυμάτων με τη χρήση της μεθόδου απεικόνισης με φθορισμό, όταν κατά τη ροή λεπτού υγρού υμένα πάνω σε επίπεδο τοίχωμα επιβληθούν εξωτερικές διαταραχές. Παρόλο που η θεωρητική επίλυση του προβλήματος δεν αποτελεί τον στόχο αυτής της εργασίας, δίδονται οι απλές αναλυτικές σχέσεις που διέπουν τη θεωρία του υγρού υμένα. Η μέθοδος απεικόνισης με φθορισμό (fluorescence imaging method) αποτελεί μια μέθοδο μέτρησης του πάχους του υμένα με ακρίβεια μικρομέτρου (pm). Η μέθοδος βασίζεται στη χρήση πηγής υπεριώδους ακτινοβολίας, με τη βοήθεια της οποίας υπάρχει η δυνατότητα μέτρησης της έντασης του ορατού φωτός που εκπέμπεται εξαιτίας του υγρού υμένα. Για τον φθορισμό του υμένα είναι απαραίτητη η εισαγωγή κατάλληλης χρωστικής ουσίας. Για την επίτευξη του σκοπού της παρούσας μελέτης χρησιμοποιήθηκε συγκεκριμένη πειραματική διάταξη και διεξήχθη πλήθος μετρήσεων, κατά τις οποίες μεταβάλλονταν κάθε φορά οι παράμετροι του πειράματος. Χρησιμοποιήθηκαν διαλύματα με διαφορετικά ιξώδη (καθαρό νερό, νερό-γλυκερίνη με 10%, 20%, 30%, 50 % σύσταση κατά βάρος), γωνίες κλίσης του επίπεδου καναλιού (1°-7°), διαφορετικές συχνότητες επιβολής εξωτερικών διαταραχών (0,16 Hz - 1 Ηζ), καθώς και μέσοι αριθμοί Re από Re=22 εώς Re=200. Αποδείχθηκε η ικανοποιητική λειτουργία της πειραματικής διάταξης καθώς και της μεθόδου μέτρησης. Αναλύθηκε η συμπεριφορά των δημιουργούμενων κυμάτων σε σχέση με την μεταβολή των παραμέτρων του προβλήματος και στη συνέχεια μετρήθηκαν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των κυμάτων, όπως η συχνότητα εμφάνισής τους, το ύψους και η μέση ταχύτητά τους.