Описание лабораторной работы "Исследование электрогидродинамических течений в жидких диэлектриках"

СПбГУ

Физический факультет

Направление

 «Прикладные математика и физика»

НОЦ «Электрофизика»

Описание лабораторной работы

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ

В жидких диэлектриках

Составили:  проф. Стишков Ю.К., ст. преп. Афанасьев С.Б.

Санкт Петербург

2006

Оглавление:

1. Цель работы

2. Предварительные сведения

3. Современные методы компьютерной обработки ЭГД-эксперимента.

4. Компьютерное моделирование ЭГД-течений.

5. Метод визуализирующих включений

6. Описание экспериментальной установки

7. Принцип работы стенда

8. Задание на предварительную подготовку

9. Задания на проведение работы

10. Порядок проведения экспериментов

11. Обработка экспериментальных данных

12. Контрольные вопросы

13. Литература.

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ В жидких диэлектриках

1. Цель работы

Экспериментально исследовать поле скоростей и вольтамперные характеристики ЭГД-течения в системе электродов провод-провод и(или) провод-плоскость при помощи метода визуализирующих частиц с последующей компьютерной обработкой видеокадров и токовых характеристик течения. Проанализировать структуру течения и выявить роль конвективной составляющей электрического тока.

2. Предварительные сведения

Электрогидродинамические течения диэлектрических жидкостей (далее ЭГД-течения) привлекают внимание, прежде всего, тем, что представляют собой способ прямого преобразования энергии постоянного электрического тока в энергию поступательного движения жидкости. Основанные на таком способе ЭГД-преобразователи достаточно просты и компактны. В их конструкции отсутствуют твердые движущиеся и трущиеся элементы. Благодаря этому они обладают почти неограниченным сроком эксплуатации и практически бесшумны. Таким образом, они являются довольно перспективными устройствами, особенно в условиях невесомости. В последнее время были разработаны системы теплообеспечения космических объектов на основе ЭГД-устройств. Электрогидродинамические преобразователи нашли применение в криогенной технике. Весьма перспективно использование ЭГД-устройств для точного дозирования жидкостей, а также мелкодисперсного распыления в различных двигательных установках на жидком топливе. Однако расчет и конструирование ЭГД-преобразователей невозможен без ясного представления о природе ЭГД-течений.

Развитие представлений о процессах сопровождающих ЭГД эффекты.

Эффекты самодвижения жидкости в сильных электрических полях были впервые обнаружены Фарадеем в прошлом столетии. Но, несмотря на это, единой точки зрения на их природу нет до сегодняшнего времени. Первые экспериментальные исследования ЭГД-течений в слабопроводящих жидкостях были проведены по аналогии с исследованиями электрического ветра в газах [1,2]. В них изучалась сила реакции электрического ветра на остриё. Было выявлено, что она пропорциональна U², где U - напряжение, подаваемое на остриё, и аналогична полученной для газов F=d∙(U²-U₀²). Также было установлено, что явление носит пороговый характер. Эти сходства побудили исследователей использовать понятие электрического ветра и для ЭГД-течений в жидкостях. Но даже грубые оценки показывают, что возникновение короны в жидкости при напряжениях, соответствующих возникновению электрического ветра, невозможно. Поэтому, была высказана гипотеза тепловой природы ионизации приэлектродной области: в результате нагревания её протекающим током [3]. Дальнейшие экспериментальные исследования выявили и другие существенные различия в протекании ЭГД процессов в жидкостях и электрического ветра в газах. Оказалось, что пороговое напряжение и другие характеристики существенно зависят от полярности электрода и состава диэлектрической жидкости [4].

Комплексное обсуждение физических основ электрогидродинамики было дано Г.А. Остроумовым в работе [1]. Первопричиной таких явлений, как электрический ветер в газе и жидкости, изотермическая конвекция, самодвижение частиц в жидкости, возникновение и развитие пробоя, автор считает пондемоторные силы, обусловленные объемными электрическими зарядами. По Остроумову «прохождение электрического тока вызывает в первоначально однородной среде появление градиентов электропроводности. Эта причина влечет за собой формирование объемных электрических зарядов» [1].