Электрогидродинамика слабопроводящей жидкости при наличии острых электродов : Вычислительный эксперимент

• Автор: Шварц, Юлия Анатольевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ЭГД. МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. ЭГД-приближение
2.2. Система уравнений ЭГД
2.3. Методические вопросы вычислительного эксперимента
ГЛАВА 3. ЭГД СЛАБОПРОВОДЯЩЕИ ЖИДКОСТИ НА ОСНОВЕ УНИПОЛЯРНОЙ ИНЖЕКЦИИ
3.1. Математическая модель ЭГД на основе инжекционного механизма зарядообразования
3.2. Численное исследование гЭГ|1-течений в замкнутой
цилиндрической области при наличии острого электрода
3.3. Ветвление решений системы уравнений ЭГД в замкнутой
цилиндрической области
ГЛАВА 4. ЭГД СЛАБОПРОВОДЯЩЕИ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ
4.1. Математическая модель неизотермической ЭГД
4. 2. Особенности вычислительного эксперимента
4.3. Численное исследование процесса теплопереноса, вызываемого униполярной электроконвекцией
4.4. Неизотермические ЭГД-течения в замкнутой цилиндрической
области при наличии острого электрода
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Электрогидродинамические (ЭГД) течения были обнаружены еще в прошлом веке. В физике и технике они стали использоваться сравнительно недавно. Интерес к изучению ЭГД-явлений повысился в связи с развитием космической технологии [1], поскольку в условиях невесомости электрическое поле наряду с другими негравитационными полями является одним из основных факторов возбуждения конвекции. В настоящее время ЭГД-явления находят широкое применение в технике. К основным направлениям технического использования ЭГД-явлений можно отнести 12] ЭГД-преобразование энергии электрического поля в энергию движущейся среды (ЭГД-генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, и ЭГД-насосы, осуществляющие обратное преобразование [33), ЭГД-управление свойствами среды (например, изменение коэффициентов сопротивления и теплоотдачи, управление пограничным слоем), ЭГД-технологию и ЭГД-диагностику.
Сдерживающий момент в дальнейшем развитии ЭГД-приложений заключается в отсутствии полной научной картины об ЭГД-явлениях, главным образом, в нерешенности проблемы механизма зарядообразования в слабопроводящей жидкости. Существует множество моделей ЭГД слабопроводящей жидкости на основе различных механизмов зарядообразования [4-123. В реальной ситуации возможно появление свободных зарядов в жидкости благодаря одновременному действию нескольких механизмов. Широкими возможностями в изучении ЭГД-явлений обладает вычислительный эксперимент, который позволяет моделировать ЭГД жидкости при отдельном механизме образования свободных зарядов и различных их сочетаниях, и тем самым способствует выявлению основных закономерностей ЭГД, обусловленных тем или иным механизмом, и

дает возможность проследить взаимное влияние механизмов друг на друга. Сопоставляя результаты вычислительных экспериментов, проведенных на основе различных моделей ЭГД жидкости, с лабораторными данными можно сделать обратный вывод о механизме проводимости слабопроводящей жидкости. Необходимость вычислительного эксперимента связана также с тем, что разрешающая способность современных экспериментальных установок не позволяет получить полное и достоверное представление об ЭГД-явлениях, в частности, о распределении заряда во всем объеме жидкости [4]. Эта информация легко может быть получена при помощи вычислительного эксперимента.
В диссертации методом вычислительного эксперимента исследуются ЭГД-течения слабопроводящей жидкости в системе электродов-дисков с игольчатым выступом на катоде. Такая конфигурация электродов выбрана неслучайно. Игольчатые электроды широко используются при конструировании различных ЭГД-устройств, поскольку инициируемое ими ЭГД-течение носит устойчивый характер и обладает большой интенсивностью. Применение игольчатых электродов позволяет значительно интенсифицировать теплообмен [133. Кроме того, поверхность электродов в действительности не является идеально гладкой [10,143. Даже зеркально полированная поверхность имеет порядка 106 микровыступов на 1 с# , их характерные размеры могут достигать 2-10*4 см [10,153. Существование таких микровыступов способно усилить электрическое поле в десятки и сотни раз [10,153. Поэтому представляется интересным выяснить влияние шероховатости поверхности электродов на ЭГД жидкости, используя в качестве модели микровыступа иглу
конической формы.
На защиту выносятся следующие положения:
- методика численного исследования ЭГД слабопроводящей

• V С1
(1-1,1 + 1) р—- (1,1 + 1) (1+1,1 + 1)

Рис. 2.5. Конечно-разностный шаблон для аппроксимации пространственных производных
Рис. 2.6. Расположение узлов конечно-разностной сетки вблизи вершины выступа на электроде