Исследование электрогидродинамических течений диэлектрических жидкостей, страница 9

Характерной особенностью линий равного уровня скорости ЭГД-течений является их овальная форма близкая к эллипсоидальной, причем главная ось эллипсов равного уровня совпадает с осью симметрии течения, а эксцентриситет как правило лежит на уровне центров завихрений. Следует заметить, что в области эксцентриситета происходит изменение направления действующих сил, на противоположное направлению течения и начинается зона торможения. Зона торможения неразвитого ЭГД-течения лежит внутри межэлектродного промежутка и не примыкает к поверхности плоского электрода. Уровень тормозящих сил значительно ниже уровня ускоряющих.  При переходе к режиму развитого течения картина изменяется. Линии равного уровня сил в зоне торможения приобретает правильную форму, напоминающую равнобедренные треугольники, с основанием параллельным поверхности плоского электрода и примыкающим к нему и вершинами, лежащими на оси симметрии течения. Максимальный уровень тормозящих сил примерно соответствует уровню ускоряющих. Это хорошо видно из распределений рис. 1 и 2. Рассмотрим механизм трансформации энергии в развитом ЭГД-течении. Понятно, что в зоне ускорения наблюдается преобразование электрической энергии в кинетическую энергию жидкости. Как видно, в достаточно короткой  зоне ускорения, лежащей непосредственно за приэлектродным слоем, электрическая энергия интенсивно переходит в кинетическую. В  центральной части межэлектродного промежутка профиль плотности кинетической энергии меняется не очень существенно, а в зоне торможения, занимающей половину межэлектродного промежутка и примыкающей к поверхности противоэлектрода, идет интенсивный и очень существенный спад плотности кинетической энергии. Остаточный уровень кинетической энергии в боковых струях не превышает 15-20% от максимального. Ранее мы считали, что поскольку движущими силами ЭГД-течения являются кулоновские силы f=rE, а направление электрического поля в пределах центральной струи не может измениться на обратное, то торможение жидкости может происходить только в результате действия вязких сил. Однако более детальный анализ приводит к заключению, что направление электрического поля в зоне торможения изменяется на обратное течению. В зоне торможения происходит обратная трансформация кинетической энергии течения в электрическую. Таким образом механизм развития ЭГД-течения носит элементы колебательного процесса. Изменение направления электрического поля в области лежащей у плоского электрода можно объяснить следующим образом: центральная струя течения непрерывно поставляет заряженную жидкость к поверхности плоского электрода, где плотность заряда существенно возрастает. Поэтому напряженность электрического поля у поверхности плоского электрода также растет. Это приводит к появлению инжекции заряда от плоского электрода, попадающего в боковые струи течения, как это показано на рис. 3.  Здесь для определенности активный электрод отрицателен, плоский положителен. В режиме установившегося течения появится зона отрицательного заряда у поверхности плоского электрода и зона положительного заряда в возвратных частях ЭГД-течения, как это показано на рис. 3.  В подобной  зарядовой структуре локальное электрическое поле в нижней части может иметь компоненту противоположную направлению течения, как это показано на рис.3 стрелками.  Подобная биполярная зарядовая структура ЭГД-течения уже обсуждалась ранее[1], напомним, что она следует из рекомбинационного механизма ЭГД-течений.   Подтверждением  этой зарядовой структуры является распределение скорости и сил развитого ЭГД-течения у поверхности плоского электрода.  Видно, что составляющие сил в боковых струях имеют составляющую, направленную вдоль течения в боковых струях. Эта составляющая является следствием перезарядки жидкости у поверхности плоского электрода, и приводит к ускорению жидкости в боковых струях.