Фотохромная жидкость для гидродинамических исследований

 

Изобретение относится к гидродинамическим исследованиям и может быть использовано для визуализации потоков фотохромной жидкости Целью изобретения является расширение области применения фотохромной жидкости . Фотохромное вещество, растворимое в воде, содержит ферриоксалат калия, концентрированную серную кислоту и красную кровяную саль в соотношении , г/л: ферриоксалат калия 0,3- 0,7; концентрированная серная кислота 1,8; красная кровяная соль 0,7; остальное вода до 1л. Расширение области применения данной фотохромной жидкости основано на способности ферриоксалата калия растворяться в воде в отличие от веществ класса спиропиран ов, растворимых только в органических жи; костях. В результате облучения потока фотохромной жидкое- . ти из приведенного Вьппе раствора узким лучом лазера в интервале длин волн 250-500 нм в растворе возникает ярко окрашенная полоса, состоящая из комплексов соединений железа и красной кровяной соли, которая двигается вместе с потоком. Эту полосу можно регистрировать фотокамерой и определять поле скоростей потока. « С/ с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

<511 4 С 01 Р 5/18

ВСЕС1 1®" ""

1. " .,13

ТЬ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 39 75825/24-10 (22) 01. 10.85 (46) 23.08.88. Бюп. ¹- 31 (71) Карагандинский государственный университет (72) Ж.С. Акыпбаев, Г.А. Кецпе и А.О. Цееб (53) 532.574(088.8) (56) Chem. Eng. Sci, 1967, vol.22, р, 21. Препринт ¹ 263, N. ИПМ

АН СССР, 1985. (54) ФОТОХРОМНАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ (57) Изобретение относится к гидродинамическим исследованиям и может быть использовано для визуализации потоков фотохромной жидкости. Целью изобретения является расширение области применения фотохромной жидкости. Фотохромное вещество, растворимое в воде, содержит ферриоксалат

„„SU,, 1418621 А1 калия, концентрированную серную кислоту и красную кровяную соль в соотношении, г/л: ферриоксалат калия 0,3О, 7; концентрированная серная кислота 1,8; красная кровяная соль 0,7; остальное вода до 1 л. Расширение области применения данной фотохромной жидкости основано на способности ферриоксалата калия растворяться в воде в отличие от веществ класса спиропиранов, растворимых только в органических жидкостях. В результате облучения потока фотохромной жидкос, ти из приведенного вьппе раствора узким лучом лазера в интервале длин волн 250-500 нм в растворе возникает ярко окрашенная полоса, состоящая из комплексов соединений железа и красной кровяной соли, которая двигается вместе с потоком. Эту полосу можно регистрир овать фотокамер ой и определять поле скоростей потока.

1418621

Изобретение относится к гидродинаМическим исследованиям и может быть использовано для визуализации потоков жидкости.

Целью изобретения является расширение области применения фотохромной жидкости.

Изобретение основано на способности ферриоксалата калия растворяться 10 в воде (в отличие от веществ класса спиропиранов, растворимых только в органических жидкостях), что позволя,ет упростить процесс приготовления водных растворов фотохромной жидкос- 15 ти и варьировать ее вязкость при помощи добавок глицерина или сахара.

Кроме того, доступность и дешевизна химических компонентов фотохромной жидкости при применении ферриок- 20 салата калия расширяет область ее применения. Процесс окрашивания фотохромной жидкости на основе ферриоксалата калия является необратимым. Это ведет к большему времени жизни, получа-25 емой в жидкости цветовой метки.

Концентрация ферриоксалата калия составляет 0,3-0,7 г/л воды с добавлением 150 мл/л О, 1 н, серной кислоты.

В кислом растворе ферриоксалатные 30 ионы диссоциируют на моно- и диоксалатные комплексы. При облучении светом возникают ионы двухвалентного железа.

В качестве индикатора, реагирующе-35 го на возникновение ионов двухвалентного железа, используют красную кровяную соль в концентрации 0,5-0,7 г/л.

В результате облучения указанного раствора узким лучом лазера в интер- 40 вале длин волн 500-250 нм в растворе возникает ярко окрашенная полоса, состоящая из комплексов соединений железа и красной. кровяной соли, которая движется вместе с потоком. 45

Согласно экспериментальным исследованиям ярко окрашенный след возникает при концентрации ферриоксалата калия, превьппающей 0,3 г/л, с другой

50 стороны повъппение концентрации ферриоксалата калия ведет к уменьшению длины окрашенной метки, Экспериментальная проверка показала, что если концентрация ферриокса55 лата калия составляет 0,5 г/л, длина метки составляет 5 см при энергии излучения ультрафиолетового лазера

70 мДж.

Фотохромная жидкость приготовляется следуюпп м образом, Растворяют в 1 л воды 0,3-0,7 г ферриоксалата калия К Fe(CO+),«ЗН,О, добавляют 1 мл концентрированной серной кислоты Н, S0 и в этом же водяном растворе растворяют 0,3-0,7 r красной кровяной соли К Fe(CN)< . После перемешивания фотохромная жидкость готова для использования, Пример 1. Качество фотохромной жидкости, приготовленной путем растворения в 1 л воды 0,5 r ферриоксалата калия, 0,5 г красной кровяной соли и 1,8 г концентрированной серной кислоты проверено эксперимен- . тально,. Полученную жидкость заливали в кювету из оргстекла и облучили ультрафиолетовым лазерным импульсом с длиной волны 347 нм и энергией

70 мДж. Получили контрастную метку синего цвета длиной 5 см.

Пример 2 Данный пример осушествляется аналогично примеру 1, только концентрацию компонентов фотохромной жидкости изменяли.

Результаты экспериментов приведены в таблице

Из таблицы видно, что если концентрация ферриоксалата калия меньше, чем 0,3 г/л, то вследствие слабого контраста полученной окрашенной метки ее невозможно зафиксировать кинофотоаппаратурой.

Если же концентрация ферриоксалата калия больше 0,7 г/л, то в результате интенсивного разогрева поглощенным лазерным излучением в небольшом объеме жидкости полученная метка быстро расплывается из-за конвективных течений.

Концентрация красной кровяной соли должна быть равна концентрации ферриоксалата калия, т.е. они вступают друг с другом под влиянием ультрафиолетового облучения в химическую реакцию, которая и определяет их взаимное массовое соответствие. Минимальная концентрация серной кислоты определяется исходя иэ того условия, чтобы все ферриоксалатные диоды диссоциировали на моно- и диоксалатные комплексы, которые и являются активными элементами в фотохромной жидкости. Эта минимальная концентрация концентрированной серной кислоты для создания такой кислотности,равна 1,8 г/л . Дальнейшее увеличение

1,8

0,3-0,7

Остальное (до 1 л) Концентрация ферриоксалата калия, г/л

0,2 0,3 0,5 0,7

0,1

0,8

0 2 0 3 0 5 О 7

Концентрация красной кровяной соли, г/л

0,1

0,8

Метку не видно

Особенности фиксации метки

Видна Видна Видна Видна Видна Видна Видна слабо хорошо хорошо хорошо хорошо хорошо. хорошо

Длина метки, см

6 5 5

4,5 3,2

0 5

Ширина метки через 2 с после ее

01 01 015 02 08 12 2 создания, см

Концентрация серной кислоты, г/л

1,8 1,8 1,8

1,8 1,8

1,8 1,8 1,8

ВНИИПИ Заказ 4147/41 Тираж 847

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 141862 концентрации серной кислоты не приводит к повышению контрастности или длины полученной метки, а только приводит к непроизводительному рас5 ходу серной кислоты и повышению коррозин металлических частей экспериментальной установки.

По результатам экспериментов видно, что оптимальным соотношением меж- 10 ду компонентами фотохромной жидкости является, г/л:

Ферриоксалат калия 0,3-0,7

Красная кровяная соль 0,3-0,7 15

Концентрированная серная кислота 1у8

Преимуществом предлагаемой фотохромной жидкости является необратимость процесса фотоокрашивания, т.е. бесконечное время жизни цветной метки в потоке, высокая контрастность окрашиваемой части жидкости, не снижающаяся при увеличении, простота приготовления водного раствора, доступность и дешевизна химических

4 компонентов, при этом продукты фотолиза слабо поглощают свет, что ведет к почти линейной зависимости длины окрашенной метки от энергии фотоизлу,чения.

Формула из обр етения

Фотохромная жидкость для гидродинамических исследований, включающая водный раствор фотохромного вещества, о т л и ч а ю щ а я. с я тем, что, с целью расширения области применения, фотохромное вещество содержит ферриоксалат калия, концентрированную серную кислоту и красную кровяную соль в соотношении, г/л: .Ферриоксалат калия

Kç Fe(C, О ) з" ЗН, 0 0,3-0, 7

Концентрированная серная кислота

Н2 S041

Красная кровяная соль К,Fe(CN )

Вода