В ранних работах по исследованию ЭГД течений были сделаны предположения о различной природе возникновения течений в сильно и слабонеоднородных электрических полях. Так в работе [1] в качестве основной причины называется появление неcкомпенсированного объемного заряда в результате локального джоулева нагрева приэлектродных слоев жидкости. Другие авторы образование объемного заряда связывают с добавочной диссоциацией молекул в областях локализации поля [2]. Однако, серия экспериментальных работ показала, что объемный заряд образуется в результате электрохимических реакций на электродах [3]. Скорость приэлектродных реакций сильно зависит от напряженности электрического поля в этой области, поэтому, как правило, в системах, не обладающих геометрической симметрией, течение направлено от электрода с меньшим радиусом кривизны. Такой электрод обычно называют активным. В работе [4] приведены результаты компьютерной обработки экспериментальных данных по исследованию ЭГД течений от электродов различного диаметра. Было установлено, что ЭГД течения, независимо от размеров электрода, имеют зонную структуру. У поверхности электрода имеется тонкий неподвижный слой жидкости. В непосредственной близости к активному электроду расположена короткая зона ускорения, в пределах которой осуществляется переход электрической энергии в кинетическую. Далее, по ходу течения, расположена зона однородного движения, а затем зона торможения жидкости. Различия течений от электродов различного диаметра касаются размеров этих зон. Следует отметить, что описанная зонная структура напоминает структуру тлеющего разряда в газах. Однако в отличие от последнего зоны в ЭГД течении не светятся.
Для объяснения выявленных особенностей зонной структуры были проведены численные эксперименты. В представляемой работе приведены результаты численного расчета установившихся ЭГД течений, возникающих при униполярной инжекции с поверхности цилиндрического электрода расположенного над плоским.
При моделировании одним из самых важных вопросов является определение распределения объемного заряда в жидкости. Для этого можно использовать некоторые экспериментальные факты. Так непосредственно около активного электрода в экспериментах наблюдается малоподвижная область, заряженная одноименно с электродом. Так как обтекание электрода происходит в режиме так называемого «ползущего» течения, то из этой зоны заряд смещается вглубь межэлектродного промежутка в виде тонкой полосы, поперечные размеры которой не превосходят размеров электрода. По этой же причине ширина этой полоски не должна меняться с изменением радиуса электрода. Так как при развитом ЭГД течении электрическое число Рейнольдса больше 10, то уширение этой полоски должно быть незначительным.
При моделировании мы пытались наиболее полно соответствовать условиям экспериментов описанных в [3]. В частности длина межэлектродного промежутка была равна 1,5 см, приложенное напряжение 20 кВ. В качестве исследуемой жидкости было выбрано трансформаторное масло. Значение плотности заряда выбиралось таким образом, чтобы вычисленные значения максимальной скорости в центральной струе течения хорошо соответствовали экспериментальным данным, приведенным в книге [3].
Численное моделирование. Алгоритм расчета ЭГД течения состоял из двух этапов, на первом из которых рассчитывалось распределение электрического поля и действующих кулоновских сил. Для этого к плоскому электроду прикладывался нулевой потенциал, к цилиндрическому 20 кВ. На границах кюветы задавалось условие Неймана: равенство нулю нормальной составляющей электрического поля. Распределение пространственного заряда определялось с использованием соображений, описанных выше. Непосредственно у поверхности цилиндрического электрода распределения объемного заряда задавалось в виде соосного с электродом кольца толщиной 0.1 мм. Для определения распределения объемного заряда внутри межэлектродного промежутка использовалась двумерная функция вида:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.