Описание лабораторной работы "Экспериментальное исследование ЭГД-распыления диэлектрической жидкости при помощи ЭГД-насоса"

СПбГУ

Физический факультет

Направление

 «Прикладные математика и физика»

НОЦ «Электрофизика»

Описание лабораторной работы

Экспериментальное исследование ЭГД-распыления диэлектрической жидкости при помощи ЭГД-насоса.

Составили: проф. Стишков Ю.К., программист Афанасьев С.Б.

Санкт Петербург

2007

Оглавление:

1. Цель работы

2. Предварительные сведения

3. Описание экспериментальной установки

4. Принцип работы стенда

5. Задание на предварительную подготовку

6. Задания на проведение работы

7. Порядок проведения экспериментов

8. Обработка экспериментальных данных

9. Контрольные вопросы

10. Литература

Лабораторная работа №5

Экспериментальное исследование ЭГД-распыления диэлектрической жидкости при помощи ЭГД-насоса

1.  Цель работы

Исследовать электрическое диспергирование жидкости в оригинальной модели ЭГД-распылителя, разработанной и исследованной в лаборатории электрогидродинамики НИИРФ СПбГУ [9]. Исследовать зависимость и характер диспергирования от плотности объемного заряда вводимого в диспергируемую жидкость.

2.  Предварительные сведения

Классическая конструкция ЭГД-насоса типа игла-конфузор, предложенная Штютцером, базировалась на коронном механизме объемной электризации жидких диэлектриков [1]. Физические аспекты работы такой конструкции с позиций эффекта Вина были детально проанализированы в ряде современных работ [2].

В этих работах не учтен механизм поверхностного зарядообразования на границе электроды - жидкость, который во многих случаях является определяющим [3] .

В соответствии с этим механизмом скорость зарядообразования на границе катод - жидкий диэлектрик определяется с одной стороны электронно-донорными свойствами катода, а с другой электронно-акцепторными свойствами жидкости. Несколько иначе картина обстоит на поверхности анода.

В настоящее время реальные свойства границы электрод - жидкий диэлектрик изучены весьма слабо и в основном в однородных полях.

Граница раздела электрод-жидкость характеризуется, с одной стороны, свойствами электрода - его материалом либо покрытием, а с другой стороны - свойствами жидкости, а вернее свойствами примесных электронно-донорных, либо электронно-акцепторных центров всегда присутствующих в ней. Поэтому на характеристики поверхностного зарядообразования можно влиять как путем изменения свойств жидкости, вводя в нее ничтожные количества примесей, так и путем изменения свойств поверхности электрода изменяя его материал, либо покрывая его пленкой окисла. При этом следует учесть, что одно и то же изменение материала, примеси, либо покрытия может по-разному влиять на свойства катодного и анодного зарядообразования.

Устойчиво работающая и достаточно компактная модель ЭГД-насоса была разработана и описана в работе [4].

Явление электрогидродинамического распыления очень чувствительно к физическим свойствам рабочей жидкости, особенностям экспериментальной установки и таким характеристикам процесса, как давление жидкости в капилляре и разность потенциалов, приложенных к зарядной системе.

Вопрос о единой классификации различных электрогидродинамических режимов распыления жидкости наиболее удачно решен в модели предложенной Ширяевой и Григорьевым [5,6]. Эта модель позволяет максимально учесть все специфические особенности и характеристики экспериментов, а также рабочих жидкостей. Их классификация проводилась на основе учета таких физических параметров рабочей жидкости, как электропроводность s, диэлектрическая проницаемость e, кинематическая вязкость n, плотность жидкости r и поверхностное натяжение a. Кроме того, принимались во внимание следующие характеристики процесса распыления: массовый расход M, радиус капилляра R, радиус капли r, ее масса m и скорость распространения звука в жидкости c, а также величину разности потенциалов, подаваемой на капилляр и противоэлектрод U. Их классификация состоит из двух групп. К первой группе относятся характерные времена, определяющиеся, главным образом, физическими свойствами рабочей жидкости:

;

время электрической релаксации, т.е. характерное время перераспределение электрического заряда;

;

время вязкой релаксации, т.е. характерное время выравнивания импульса в объеме жидкости;

;

время гидродинамической релаксации, т.е. характерное время выравнивания давления в объеме жидкости.

Ко второй группе относятся характерные времена, зависящие от внешних параметров, определяющих режимы распыления конкретной жидкости: от объемного расхода жидкости V и разности потенциалов U, подаваемой на капилляр и противоэлектрод. Величину разности потенциалов, приложенной к разрядной системе, удобно характеризовать с помощью безразмерного параметра:

;

или

;