Моделирование структуры ЭГД-течений в несимметричной системе электродов, страница 13

На рис.5 приведены рассчитанные распределения давления в жидкости при ЭГД течениях. Распределения давлений в большей части межэлектродного промежутка однородны и соответствуют атмосферному. Исключения составляют две области: под цилиндрическим электродом находится область пониженного давления, а у плоского, в месте соударения центральной струи ЭГД течения с поверхностью плоского электрода, находится область повышенного давления. На рис. 5б представлены осевые распределения давления для различных электродов (нормированные к единице). Из него видно, что при увеличении радиуса электрода зона пониженного давления расширяется прямо пропорционально диаметру активного электрода. Зона пониженного давления находится в области заряженного кольца, однако она несимметрична относительно оси электрода. Эта оласть несколько сдвинута по ходу течения жидкости и имеет заостренный выступ.

В области около электрода ускорение жидкости определяет равнодействующая электрических сил и сил давления. На крутизну горба ускорения и местоположение его максимума сильно влияет структура приэлектродной зоны пониженного давления. В свою очередь, эта структура определяется характером отекания цилиндрического электрода жидкостью. Чем больше радиус электрода, тем обширнее эта зона и, следовательно, не более пологий рост ускорения. В дальней области электрод не оказывает влияния, и ускорение жидкости определяется электрическими силами.

Зона повышенного давления у пассивного плоского электрода находится в месте соударения центральной струи течения с электродом и имеет вид похожий на треугольник. В нашей модели, учитывающей только униполярное зарядообразование на поверхности активного электрода, структура этой зоны обусловлена чисто гидродинамическими причинами.

 Рис.5 Распределение давления при ЭГД течении: а) карта линий уровня для случая r = 1мм, б)  распределение давления вдоль оси x=0, для различных диаметров электродов.

На рис. 6 приведена зависимость плотности пространственного заряда в приэлектродной зоне от напряженности электрического поля на поверхности активного электрода. Зависимость построена по данным моделирования с различными электродами. Поскольку величины и распределения скоростей ЭГД течений компьютерного и натурного экспериментов совпадают, можно утверждать, что приведенная зависимость отражает процесс приэлектродного образования заряда на активном электроде в режиме развитого ЭГД течения.  Полученные значения хорошо аппроксимируются логарифмической зависимостью.  Следует отметить, что значение напряженности поля Е определяется с учетом объемного заряда в приэлектродной зоне.

Рис.6 Зависимость плотности объемного заряда от напряженности электрического поля в приэлектродной области. Точки – вычисленные значения, сплошная линия - аппроксимирующая кривая.

Таким образом, в результате приведенного исследования можно констатировать:

1. Приведенная модель зарядовой структуры ЭГД течений в виде тонкого кольца, опоясывающего активный электрод, и тонкой заряженной струйки, пересекающей межэлектродный промежуток вдоль центральной силовой линии, поля достаточно хорошо описывает ранее выявленные в натурных экспериментах особенности зонной структуры ЭГД течений.
2. В приэлектродной заряженной зоне жидкость обтекает электрод в режиме ползучего течения, вынося заряд в виде тонкой струйки в центральную струю течения. Относительная скорость обтекания  незначительна. Давление жидкости в приэлектродной зоне понижено.
3. ЭГД течения имеют зонную структуру, определяемую единой природой течения в слабо и сильнонеоднородных электрических полях, характеризующуюся единой распределенной силовой нагрузкой и описанной зарядовой структурой.
4. Переход электрической энергии в кинетическую осуществляется в пределах зоны ускорения. Размеры зоны ускорения невелики: при длине межэлектродного промежутка l₀ - 1 см зона ускорения составляет около 0.1 l_0.
5. Распределение ускорений имеет экстремальный характер, местоположение и величина максимума ускорения зависят от размеров активного электрода. Экстремальный характер ускорений связан с наличием зоны пониженного давления в приэлектродной области.