Моделирование структуры ЭГД-течений в несимметричной системе электродов, страница 23

Результаты моделирования формирования и распространения ЭГД течений к центру кюветы включают  динамику смещения области распределения плотности объемного заряда, напряженности электрического поля,  кулоновских сил и соответствующие им контурные графики распределения скоростей возникающих ЭГД-течений и давлений в различные моменты времени после подачи напряжения. Все значения на графиках приведены в системе единиц СИ.

На рис. 6 представлены результаты моделирования формирования заряженных струй ЭГД течения и их распространения к центру межэлектродного промежутка: динамика смещения области распределения плотности объемного заряда и соответствующие им контурные графики распределения скоростей (шкала – м/сек) возникающих течений в моменты времени 0,006; 0,024; 0,036; 0,048; 0,06; 0,078; 0,102 сек. (сверху вниз соответственно) после подачи напряжения. Остальные наборы графиков в этой части работы представлены также для этих моментов времени. Представлена нижняя полуплоскость модели, так как модель симметрична.

На рис.2 приведен контурный график распределения скоростей ЭГД-течений в момент времени  0,102 sec., соответствующий встрече двух заряженных струй, текущих от противоэлектродов. Как и следовало ожидать по данным экспериментов[1, 2], в ячейке формируются два встречных ЭГД-потока, образующих четырехячеистую структуру.

Анализ полученных данных показывает, что каждая из возникающих встречных струй ЭГД-течений имеет характерную зонную структуру, описанную ранее на основе анализа данных эксперимента. У поверхности каждого из электродов имеется тонкий слой жидкости, в котором скорость течения очень мала. Далее следует зона ускорения, затем имеется область слабо изменяющегося течения, и далее зона торможения жидкости. В середине межэлектродного промежутка находится область неподвижной жидкости, имеющая округлую форму. Поскольку картина ЭГД-течений симметрична относительно середины межэлектродного промежутка, здесь и далее будет анализироваться только нижняя полуплоскость.

На рис. 7 приведены временные зависимости скорости ЭГД-течения в различных точках, лежащих на прямой, соединяющей центры электродов (нумерация точек от 1 до 5 снизу вверх на контурном графике распределения скоростей). Зависимости имеют типовой характер: первоначальная задержка, участок прохождения переднего фронта течения, в пределах которого наблюдается быстрый рост скорости, и выход на плато. Как видно из сопоставления рис. 6 и 7 (шкала скорости – м/сек×10, времени – сек×10) движение фронта скорости соответствует движению фронта заряженной струйки. Таким образом, происходит процесс установления ЭГД течения во времени по мере распространения заряженных струй, а соответственно и областей действия сил, к центру межэлектродного промежутка. В некоторый момент времени, когда область действия сил перестает меняться вдоль центральной линии, характер течения вдоль этой линии устанавливается и остается в дальнейшем постоянным.

 На рис.3a приведены последовательные во времени распределения скорости ЭГД-течения вдоль центральной оси течения от нижнего электрода до середины межэлектродного промежутка. Вертикальными черточками на рисунке помечены соответствующие расположения границы заряженной струйки. Видна область ускорения, за которой следует область торможения жидкости. По мере продвижения заряженной струйки вглубь жидкости продвигается максимум скорости ЭГД-течения. На всех стадиях горб скорости несколько сдвинут к электроду относительно границы заряженной области.

На рис.3b приведены соответствующие этим же временам распределения ускорения жидкости. Эти распределения имеют выраженную двугорбую структуру. Зона ускорения жидкости имеет максимум, отстоящий от поверхности электрода на некоторую величину, слабо зависящую от времени. Зона торможения жидкости также имеет экстремум – максимум отрицательного ускорения, распространяющийся в объем жидкости вместе с границей заряженной струйки. Наличие этой зоны определяет ячеистый характер ЭГД-течения и его структуру.