On Soret Convection in Binary and Pseudo-Binary Liquid Mixtures
Zur Soret-Konvection in binären und pseudo-binären Flüssigkeiten
Kolja Kindler
Doctoral thesis
Date of Examination:
2007-11-13
Date of issue:
2008-05-20
Advisor:
Tilgner, Andreas Prof. Dr.
Referee:
Dillmann, Andreas Prof. Dr.
Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F164-3
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12,0 MB
Format:
PDF
Description:
Dissertation
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Abstract
English
Soret convection in binary ethanol-water mixtures and a pseudo-binary microemulsion is experimentally investigated by means of velocity amplitude measurements and flow field visualisation. The results for the molecular binary mixtures with both positive and negative Soret coupling are found to be in excellent agreement with theoretical predictions. Concerning the microemulsion, the onset and the dynamics of convective motion in the Soret regime is determined by the very small diffusivity of the micellar pseudo-phase, i.e. extremely slow concentration relaxation, and a particularly large positive separation ratio. Therefore, the temperature and concentration fields effectively decouple and convection is initiated by a local instability of the concentration boundary layer. Approaching the critical region of the lower consolute point of the microemulsion, the concentration boundary layer is further intensified leading to localised phase separation well apart from the critical point. Thereby, the experimental access to the critical region is intrinsically limited in presence of a temperature gradient.
Keywords: Convection; Binary Fluid; Microemulsion
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Soret-Konvektion in binären Ethanol-Wasser
Mischungen und einer pseudo-binären, komplexen Mikroemulsion wird
auf Basis der Geschwindigkeitsamplitude und
Strömungsfeldvisualisierung vergleichend untersucht. Die
experimentellen Ergebnisse zur konzentrationsgetriebenen Konvektion
in binären Mischungen mit positivem und negativem
Separationsverhältnis zeigen hinsichtlich Stabilität und
Strömungsstruktur ausgezeichnete Übereinstimmung mit theoretischen
Vorhersagen. Ferner wird gezeigt, dass das Einsetzen und die
Dynamik konvektiver Strömung in der Mikroemulsion, im Gegensatz zur
molekularen binären Flüssigkeiten, durch extrem langsam
relaxierende Konzentrationsgradienten und ein stark positives
Separationsverhältnis bestimmt ist. Als Folge der sehr kleinen
Diffusivität der mizellären Pseudo-Phase der Mikroemulsion werden
Temperatur- und Konzentrationsfeld effektiv entkoppelt und
konvektive Bewegung wird durch eine lokale Instabilität der
Konzentrationsgrenzschicht ausgelöst. In Annäherung an den
kritischen Bereich eine Phasentransition zweiter Ordnung der
Mikroemulsion wird die Konzentrationsgrenzschicht zusätzlich
verstärkt, sodass vorzeitig lokalisierte Phasentseparation
auftritt, die als intrinsische Limitierung der experimentellen
Zugänglichkeit kritischer Effekte wirkt.
Schlagwörter: Konvektion; binäre Flüssigkeit; Mikroemulsion
