Моделирование структуры ЭГД-течений в несимметричной системе электродов, страница 7

Результаты моделирования. На рис.3 приведены результаты моделирования для ситуации, когда весь объемный заряд находится внутри цилиндрического кольца соосного с электродом (рис.3a). Сечение электрода соответствует внутренней окружности. Распределение электрических сил (рис.3b) также обладает центральной симметрией. Как видно из рис.3 c, d  при таком распределении заряда, возникают внутренние ячеистые течения, сосредоточенные в непосредственной близости от электрода. Они образуют симметричную мелкоячеистую структуру, размеры которой  намного меньше межэлектродного промежутка. Скорости течений в вихрях не превышают 0.1 мм/с (для напряжения 20 кВ и плотности заряда 3·10^-4 Кл/м³).

Рис.3 Распределение плотности объемного заряда (a), плотности объемных сил (b), скорости течения (с, d) для случая, когда весь заряд сосредоточен возле активного электрода.

При появлении асимметрии в распределении заряда картина ЭГД-течения существенно изменяется. На рис.4 приведены распределения объемного заряда (a), электрических сил (b), скорости течения (c, d) для случая малой асимметрии (β=0.001). Из распределений заряда (рис.4a) видно, что заряд спадает в десять раз на расстоянии в 1,5 диаметра электрода, т.е. по-прежнему сосредоточен в приэлектродной зоне. В распределении сил появляется составляющая направленная к противоэлектроду (рис.4 b). Однако появление малой асимметрии приводит к качественному изменению гидродинамической картины (рис.4 c,d): мелкомасштабные вихри в приэлектродной области исчезают, картина обтекания электрода напоминает ползущее течение, появляется два локальных вихря жидкости. Течение направлено к противоэлектроду. Скорость течений возрастает до 2,5 см/с, однако течение незначительно проникает вглубь межэлектродного промежутка на расстояние на расстоянии не более чем 0,3 l₀. В остальной части межэлектродного промежутка течение не существенно. Этот режим имеет все характерные особенности неразвитотого ЭГД-течения.[1] и характеризуется малыми значениями среднего электрического числа Рейнольдса.

Рис.4 Распределение плотности объемного заряда (a), плотности объемных сил (b), скорости течения (с, d)в случае появления небольшой асимметрии в распределении заряда.

При увеличении параметра β асимметрия быстро возрастает, течение охватывает все большую часть межэлектродного промежутка. При значениях β> 0,03 в распределении электрических сил появляется область их однородной локализации, а кинематическая структура течения приобретает характерные черты развитого течения. На рис.5 приведены результаты расчета для случая β=0.005: заряд спадает в десять раз на расстоянии в 2,5 см, т.е. равном длине межэлектродного промежутка. Протяженность зоны ускорения составляет ~ 0.2 l_{0 (}l₀ - длина МЭП) и практически не меняется при изменении приложенного напряжения. Имеется обширная зона равномерного движения в которой скорость направлена вдоль оси течени[B1] я и изменяется слабо. Эта зона занимает большую часть межэлектродного промежутка. Зонаэффективного торможения  начинается на уровне 0.6 l₀. Все эти особенности близко соответствуют ранее опубликованным данным о структуре развитых ЭГД-течений [4].

Рис.5 Развитое ЭГД течение: a - распределение плотности объемного заряда, b- векторное поле плотности объемных электрических сил, с –карта линий уровня скорости ЭГД течения, d – структура линий тока жидкости в приэлектродной области.

Зона обтекания [B2] активного электрода (рис. 5d) очень похожа на ползущее обтекание цилиндра. Как известно, в этом режиме линии тока жидкости симметричны относительно оси цилиндра. Как видим, при ЭГД течении в боковых частях заряженного кольца линии тока соответствуют окружностям с центром на оси электрода и только в нижней части кольца такая симметрия отсутствует. Это вызвано активным ускорением за электродом в направлении оси течения под действием объемных электрических сил. Струя жидкости сужается, на линиях уровня скорости хорошо заметен выступ в направлении течения жидкости. За электродом наблюдается понижение давления.