ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИИ В ЛАМИНАРНЫХ ПОТОКАХ В СТЕКЛЯННЫХ КАНАЛАХ

Автор: Фархад Олегович Султанов

Соавторы: Левченко А.А., Быхало И.Б.

Организация: ИФТТ РАН

Исследование течений в трубках и каналах маленького размера в последнее время представляет все больший интерес в различных сферах. Уменьшение размеров трубок и каналов привело к созданию так называемых микрофлюидных устройств.

Исследования проводились в стеклянных каналах T-типа. На предметный столик оптического микроскопа помещался канал. К входным отверстиям подводились два гибких тефлоновых капилляра, по одному из которых пускался раствор родамина в воде, а по второму дистиллированная вода. Для регистрации эксперимента была установлена тушка беззеркальной камеры с помощью которой производились снимки через объектив микроскопа. Полученные изображения обрабатывались с помощью различных графических редакторов и пакета прикладных программ Matlab [1].

Для определения зависимостей распределений концентрации раствора в потоке поперек канала, брались профили интенсивности изображения в серединной области каждого участка канала. Профиль интенсивности получался в виде сигмоиды, что неплохо согласуется с [2]. Чем дальше от начала соединения, тем переходная область сигмоиды становится плавнее, а разность значений интенсивности уменьшается.

Для наглядности были взяты семь равномерно удаленных поперечных профилей интенсивности по длине канала. Видно, как изменяется наклон кривой по мере удаления потока от места соединения. 

Начальная концентрация Родамина Ж в воде составляла ~6,3×106 см-3. Коэффициент диффузии Родамина в воде равен ~4,4×10-6 см2/с. Исходя из этих данных, а также значений параметров размера канала и скорости потока, была построена аналитическая модель зависимости интенсивности от ширины канала на разных участках, которая находится в хорошем качественном согласии с экспериментальными результатами.

Работа выполнена при поддержке гранта Министерства науки и высшего образования РФ #075-15-2019-1893

 1. F O Sultanov et al 2020 J. Phys.: Conf. Ser. 1560 012044.

2. Араманович И. Г., Левин В. И. Уравнения математической физики 1969.