G.
Janssens-Maenhout, T. Schulenberg
Abstract
Aqueous
solutions and liquid metals in contact with other phases or components
experience strong Coulomb forces at their interface. To account this effect
an electrical double layer at these liquid interfaces is introduced in
the classical fluid dynamics. Coupling the electrostatic equations with
the hydrodynamic equations, a microscopic model for a surface layer of
finite thickness is developed. The model is based on an infinitely thin
layer right at the surface, which includes all molecular surface effects
empirically and a layer of finite thickness next to it, in which ions are
distributed according to a Boltzmann function. A validation is performed
by comparing the analytical results for the surface tension with experimental
findings for the contact angle of liquid droplets on a solid surface, and
the pressure drop in a micro channel.
Mikroskopisches
Modell aus der elektrischen Doppelschichttheorie zur linearen und nichtlinearen
Beschreibung der Grenzfläche
Zusammenfassung
Wässrige
Lösungen und Flüssigmetalle in Kontakt mit anderen Phasen oder
Komponenten weisen starke Coulombkräfte an der Grenzfläche auf.
Ein neues Modell für die Oberflächenspannung an Grenzflächen
zwischen Flüssigkeit/Gas, Flüssigkeit/Flüssigkeit oder Flüssigkeit/Festkörper
wird diskutiert, das diese Coulombkräfte an der Grenzfläche beschreibt.
Dazu wird eine elektrische Doppelschicht modelliert. Mit der analytischen
Lösung der nichtlinearen Poisson-Boltzmann-Gleichung wird die Oberflächenenergie
verschiedener flüssig/gas, flüssig/flüssig und flüssig/fest
Systeme berechnet und eine Beziehung für den Kontaktwinkel eines fest/flüssig/gas
Systems hergeleitet. Dieses Modell wird weiter angewandt zur Druckverlust-Berechnung
einer Kapillar- oder Oberflächenspannungsgetriebenen Strömung
in einem Mikrosystem.