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On Soret Convection in Binary and Pseudo-Binary Liquid Mixtures

Zur Soret-Konvection in binären und pseudo-binären Flüssigkeiten

by Kolja Kindler
Doctoral thesis
Date of Examination:2007-11-13
Date of issue:2008-05-20
Advisor:Prof. Dr. Andreas Tilgner
Referee:Prof. Dr. Andreas Dillmann
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3466

 

 

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Name:kindler.pdf
Size:12.0Mb
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
 

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