Исследование электрогидродинамических течений диэлектрических жидкостей, страница 8

Экспериментальные данные в режиме развитого ЭГД-течения, достаточно хорошо апроксимируются линейной зависимостью скорости от приложенного напряжения: u=kU (Re_el=u/bE=const); соответствующие участки вольтамперных зависимостей имеют параболический характер: I=k₁U². Плотность электрического тока равна сумме миграционной и конвективной компонент:j@ +r(u+bE). Поскольку в режиме развитого ЭГД-течения отношение u/bE для жидкостей промежуточного диапазона проводимостей не менее 10, полная плотность тока определяется конвективной составляющей тока j@ru. переход в режим развитого ЭГД-течения осуществляется путем резкого возрастания относительной скорости ЭГД-течения, т.н. 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.

 Наиболее ярко эти особенности ЭГД-течений различимы на картах линий уровня скорости, приведенных на рис.1 для развитого для неразвитого ЭГД- течений в системе электродов лезвие-плоскость в жидкости с уровнем низковольтной проводимости в 10^-9 сим/м. ЭГД-течение как в развитом, так и в неразвитом случае носит ламинарный, параллельно-струйный характер, течение направлено от лезвиеобразного (активного) электрода к плоскому (пассивному). Ранеее отмечалось, что область, занятую ЭГД-течением, можно условно разделить на несколько зон. 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. Зона интенсивного ускорения жидкости электрическим полем, расположенная у поверхности активного электрода. Эта зона лежит на уровне 0 - 0,1 и соответствует области концентрации линий уровня скорости на рис.1. 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 (с). 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 из рис.1 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. 2, 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 0,01 с. 

Как показано ранее, переход в режим развитого ЭГД-течения осуществляется путем резкого возрастания относительной скорости ЭГД-течения, т.н. 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. Из рис. 1 и 2 видно, что зона ускорения развитого течения более протяженная, силы вдоль оси симметрии течения коллинеарны линиям тока, незначительная расходимость появляется ниже 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(см. рис.4).