Сравнивая рис.4 и рис.1 можно сделать вывод, что графики зависимости скорости течения и конвективного тока от длины межэлектродного промежутка повторяют друг друга. Зная распределение электрического тока, мы можем определить характер изменения проводимости жидкости. Как видно из рис.5 эта зависимость также имеет экстремальный характер, достигая максимума при l0=5 мм. В то же время в экспериментальных исследованиях получена монотонная зависимость проводимости от размеров межэлектродного промежутка. Это можно объяснить тем, что в нашей модели не рассматривается заряд, образующийся у плоского электрода и не учитывали движение ионов относительно жидкости. При сближении электродов заряженные области около двух электродов перекрываются, и основной вклад в ток дает миграционная составляющая. В дальней зоне эта составляющая незначительна, и ход зависимости полученной численно совпадает с полученной экспериментально.
Заключение. В результате проведенного исследования установлено, что предложенная физическая модель ЭГД-течения позволяет рассчитывать поля скоростей ЭГД течения при различных межэлектродных расстояниях, описать и объяснить особенности ЭГД-течений в малых промежутках. Показано, что при малых расстояниях между электродами на кинематику ЭГД-течения значительное влияние оказывает перекрытие приэлектродных зон повышенного и пониженного давления. Описан механизм снижения эффективности ЭГД-преобразования при малых МЭП и оценен пороговый размер МЭП, в котором возможно возникновение ЭГД-течений в трансформаторном масле. Для расчета тока и проводимости жидкости при малых расстояниях необходимо учитывать миграционную составляющую тока и биполярный характер инжекции. При конструировании ЭГД-устройств необходимо учитывать описанную структуру ЭГД-течений и наличие приэлектргодных зон пониженного давления.
Введение. В предыдущих наших работах был предложен алгоритм моделирования ЭГД течений методом конечных элементов в пакете моделирования ANSYS [1,2]. Вопрос о влиянии размеров межэлектродного промежутка на кинематическую структуру ЭГД течения имеет кроме научного важное прикладное значение. Так, например, при конструировании ЭГД устройств размер межэлектродного промежутка зачастую выбирают произвольным, опираясь, в основном, на необходимые размеры конструкции. С научной точки зрения данное исследование позволяет оценить влияние приэлектродных зон на структуру течения.
В данной работе представлены результаты численного исследования изменения структуры течения при изменении межэлектродного расстояния от 0.5 мм до 12 см. Полученные результаты сравниваются с экспериментальными данными, приведенными в работе [3]. Под размером МЭП понимается расстояние от нижней кромки цилиндрического электрода до плоскости пассивного электрода. Как и в работах [1,2] нами рассматривается система электродов провод над плоскостью, размеры модели совпадают с размерами экспериментальной кюветы. В качестве исследуемой жидкости выбрано трансформаторное масло. Радиус активного электрода 0.5 мм, приложенное напряжение 20 кВ.
Алгоритм расчета. Подробно алгоритм моделирования описан в работе [1]. Он основан на последовательном решении двух задач – электрической и гидродинамической. В первой задаче определяется распределения электрического поля и плотности электрических сил при заданных напряжении и распределении объемного заряда. Во второй по заданному распределению электрических сил вычислялось распределение скоростей и давления при течении. При этом предполагается, что ионы «вморожены» в жидкость, т.е. их движением относительно жидкости можно пренебречь. Путем сравнения полученных результатов с экспериментальными распределениями скоростей ЭГД течения было выявлено, что распределение заряда имеет следующую структуру: вокруг цилиндрического электрода имеется тонкий (порядка 0.1 мм) слой заряженной жидкости, внутри межэлектродного промежутка оно имеет вид тонкой полоски, простирающейся от цилиндрического электрода к плоскому. Имеется небольшое спадание плотности заряда внутри полоски по мере его продвижения к плоскому электроду. При изучении зависимости распределения скоростей ЭГД течения от размера активного электрода было установлено, что плотность объемного заряда в приэлектродной области пропорциональна квадратному корню от напряженности электрического поля в этой области:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.