Instabilitätsmoden fluider Grenzflächen unter orthogonalen elektrischen Wechselfeldern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt haben wir untersucht, wie sich eine Öl-Wasser-Grenzfläche verhält, wenn sie einem elektrischen Feld ausgesetzt wird. Die von uns untersuchte Grundkonfiguration war eine Schicht einer wässrigen Flüssigkeit, die von einem Öl überlagert wurde. Es wurden zwei Klassen von elektrischen Feldern betrachtet: A. zeitabhängige (oszillierende) homogene Felder, die von einer Plattenelektrode ausgehen; B. zeitunabhängige lokale Felder, die von einer Stiftelektrode ausgehen. Im Fall A haben wir die oszillierenden Wellenmuster (sogenannte Faraday-Wellen), die an der Öl-Wasser-Grenzfläche entstehen, aufgezeichnet und charakterisiert, die Theorie zur Beschreibung solcher Wellen erweitert und eine gute Übereinstimmung zwischen den experimentellen Ergebnissen und den theoretischen Vorhersagen festgestellt. Wir haben darüber hinaus gezeigt, wie die Wellenlänge der Faraday- Wellen auf kontinuierliche Weise durch Beimischung eines Offsets zum angelegten oszillatorischen Feld verändert werden kann. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse hoffen wir, dass elektrisch angeregte Faraday-Wellen in Zukunft ebenso intensiv untersucht werden wie ihre mechanisch angeregten Analoga. Im Fall B bestand ein Hauptziel darin, einen unerwarteten Effekt zu erklären, den wir vor Beginn des Projekts beobachtet hatten: Beim Anlegen eines lokalen elektrischen Feldes an eine Öl-Wasser-Grenzfläche mit einer Stiftelektrode bildet sich an der Grenzfläche oft eine Vertiefung statt der bekannten Ausbuchtung (Taylor Cone). Wir haben eine Erklärung für diesen Effekt gefunden, die auf kleinen wässrigen Tröpfchen beruht, die zwischen der Stiftelektrode und dem wässrigen Bad hin- und herwandern und dabei Impuls auf die umgebende Ölphase übertragen. Wir hoffen, dass diese Erkenntnisse in Zukunft dazu beitragen werden, eine Reihe von elektrohydrodynamischen Phänomenen zu erklären, die durch lokale elektrische Felder ausgelöst werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Deformation modes of an oil-water interface under a local electric field: From Taylor cones to surface dimples. Physical Review Fluids, 6(12).
Dehe, Sebastian & Hardt, Steffen
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Controlling the electrostatic Faraday instability using superposed electric fields. Physical Review Fluids, 7(8).
Dehe, Sebastian; Hartmann, Maximilian; Bandopadhyay, Aditya & Hardt, Steffen
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The spatial structure of electrostatically forced Faraday waves. Journal of Fluid Mechanics, 939.
Dehe, S.; Hartmann, M.; Bandopadhyay, A. & Hardt, S.
