РФФИ № 16-38-60141 мол_а_дк. «Исследование акустической и гидравлической люминесценции жидкости»

Проект успешно завершен.

Исследование посвящено люминесценции, которая возникает в жидкости при интенсивном воздействии внешних факторов, и охватывает несколько видов этого явления: многопузырьковую сонолюминесценцию, однопузырьковую люминесценцию и гидравлическую люминесценцию. Проект сравнивает эти виды люминесценции и определяет причины их возникновения. В рамках проекта создано четыре экспериментальных стенда, получено четыре типа люминесценции, проведены десятки различных экспериментов, использованы различные жидкости и газы, предложены гипотезы, объясняющие наблюдаемые явления, и выполнено численное моделирование однопузырьковой сонолюминесценции.

В ходе проекта детально исследована гидролюминесценция воды с растворенными газами: воздухом, аргоном и гелием. Проведено спектральное исследование; линии водорода и аргона, а также полосы гидроксила и второй положительной серии азота, которые наблюдаются в исследуемом спектре, позволили определить количественные характеристики излучающей среды. Обнаружено, что в генерируемой среде гидроксил показывает существенную неравновесность, которая наблюдалась в многочисленных работах по исследованию электрического разряда в водяном паре. Проведенные эксперименты подтверждают электрическую природу возбуждения гидродинамической люминесценции воды.

В данном исследовании впервые зарегистрирована гидродинамическая люминесценция глицерина. Обнаружено сходство между двумя видами люминесценции глицерина: акустической многопузырьковой и гидродинамической. Детально исследован и проанализирован их спектр. Определены физические параметры излучающей среды и предложена теоретическая модель, объясняющая причины испускания света. В результате работы над проектом сформулирована новая, отличающаяся от ранее обсуждаемых, гипотеза, которая объясняет явление многопузырьковой сонолюминесценции жидкостей. Если дополнительные исследования подтвердят эту гипотезу, то в фундаментальном споре о природе сонолюминесценции можно будет поставить точку. Источником излучения кавитирующей жидкости предполагается не жидкая и не паровая фаза, а фаза Гиббса. При интенсивном ультразвуковом или гидродинамическом воздействии в ней, помимо прочего, следует ожидать образования свободных заряженных частиц за счет разрыва кавитационных полостей. Исследована аномальная диффузия ионов, образующихся в глицерине под действием мощного ультразвука. С помощью дифференциального уравнения диффузии была определена скорость релаксации напряжения в эксперименте. Определено время инерции свечения многопузырьковой сонолюминесценции глицерина. Определена причина возникновения рентгеновского спектра для многопузырьковой сонолюминесценции (диапазон измерений: 1-70 кэВ). Обнаруженное повреждение поверхности ультразвукового волновода при кавитации, сопровождавшейся сонолюминесценцией, исследовано на наличие следов высокотемпературного воздействия. После серии экспериментов микроструктурный анализ поверхности волновода на основе Ti проводился на растровом электронном микроскопе Nova NanoSem 650.

Обнаружены режимы однопузырьковой сонолюминесценции с несколькими люминесцирующими пузырьками. Получен спектр однопузырьковой люминесценции, сгенерированной в 1%-ном растворе NaCl. Выполнено аналитическое и численное решение задачи об интенсивном испарении жидкости, в том числе в газ. Определены граничные условия для моделирования динамики схлопывающегося пузыря. Для решения уравнения Рэлея разработан программный код, который использует граничные условия, учитывающие интенсивное испарение.

Результаты исследований опубликованы в шести статьях, представлены на четырех конференциях. Результатом программы является проработка теоретического и экспериментального материала для дальнейшей разработки плазменной дезинфекции жидкостей.