Описание лабораторной работы "Исследование электрогидродинамических течений в жидких диэлектриках", страница 5

Наиболее ярко эти особенности ЭГД-течений различимы на картах линий уровня скорости, приведенных на рис.3.2. для развитого для неразвитого ЭГД- течений в системе электродов лезвие-плоскость в жидкости с уровнем низковольтной проводимости 10^-9 сим/м. ЭГД-течение как в развитом, так и в неразвитом случае, носит ламинарный, параллельно-струйный характер и направлено от лезвиеобразного (активного) электрода к плоскому (пассивному). Как уже отмечалось ранее, область, занятую ЭГД-течением, можно условно разделить на несколько зон. Первая, в непосредственной близости к электроду имеется тонкий прилипший слой неподвижной жидкости. Он имеет характерную толщину в десятые доли миллиметра и наблюдается в некоторых случаях. B пределах этой зоны происходит инжекция электрического заряда в жидкость. Следующая - зона интенсивного ускорения жидкости электрическим полем, расположенная у поверхности активного электрода. Эта зона лежит на уровне 0÷0,1 толщины межэлектродного промежутка и соответствует области концентрации линий уровня скорости на рис. 3.2. В этой зоне вектора сил направлены по течению, либо под острым углом к нему. В пределах этой зоны электрическая энергия преобразуется в кинетическую. Далее следует зона плавно изменяющегося течения. Она названа центральной струей ЭГД-течения и соответствует параллельно-струйной части течения. В пределах центральной струи течения происходит изменение направления действующих электрических сил. Далее следует зона торможения центральной струи ЭГД-течения, соответствующая, направленной против течения области векторного поля сил. Непосредственно к поверхности противоэлектрода примыкает неподвижный приэлектродный слой жидкости. В пределах зоны торможения происходит резкое уменьшение модуля скорости, а, следовательно, кинетической энергии течения, а также изменение направления течения и раздвоение центральной струи. Выявленные различия ЭГД-течений в разных условиях касаются, в основном, размеров и характера этих зон.

Как видно на рис. 3.2., в зоне ускорения неразвитого ЭГД-течения вектора сил веерообразно расходятся от лезвия, причем максимумы сил лежат на уровне 0,05 и симметрично смещены в обе стороны относительно оси симметрии течения. Это хорошо видно на рис. 3.3., где приведены карты линий уровня сил, более светлые области соответствуют большим уровням силы. Видно, что в неразвитом течении области наибольшего уровня сил у активного электрода сосредоточены в пределах узкой приэлектродной зоны 0-0,1 (кромка лезвия лежит на уровне 0-0). Это происходит в результате миграции объемного заряда в поле электрода, т.к. мала скорость ЭГД-течения и время максвелловской релаксации жидкости также мало и составляет примерно 0,01с.

Как показано ранее, переход в режим развитого ЭГД-течения осуществляется путем резкого возрастания относительной скорости ЭГД-течения, так называемого электрического числа Рейнольдса Re_эл=V/V_и, V– средняя скорость ЭГД-течения, V_и – скорость ионного дрейфа. В режиме развитого течения, как правило, выполняется условие Re_эл>10. Поэтому влияние миграционной составляющей ослабевает и структура зоны ускорения несколько иная. На рис. 3.2 и 3.3 видно, что зона ускорения развитого течения более протяженная, силы вдоль оси симметрии течения коллинеарны линиям тока, незначительная расходимость появляется жальше по ходу течения на уровне 0,1÷0,2, составляющая сил в направлении течения существенно выше, чем в режиме неразвитого течения. При переходе к жидкостям с малым уровнем низковольтной проводимости, раздвоение максимума сил вообще исчезает, в зоне ускорения наблюдается один выраженный максимум, лежащий на уровне 0,05-0,1.

          Рассмотрим механизм трансформации энергии в развитом ЭГД-течении. Понятно, что в зоне ускорения наблюдается преобразование электрической энергии в кинетическую энергию жидкости. Как видно из сказанного выше, электрическая энергия интенсивно переходит в кинетическую в достаточно короткой зоне ускорения, лежащей непосредственно за приэлектродным слоем. В центральной части межэлектродного промежутка профиль плотности кинетической энергии меняется не очень существенно.