Устойчивость в электрическом поле заряженных пузырьков в жидкости

• Автор: Жаров, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава I. Микропузырьки газа - зародыши кавитации и электрического пробоя жидкостей

1.1. Механизмы стабилизации пузырьков в жидкости

1.2. Влияние электрического заряда на гидродинамическую и акустическую кавитацию

1.3. Электрический пробой жидкостей

1.4. Устойчивость пузырьков и капель в электрических шлях

Глава 2. Устойчивость центрально симметричных движений заряженных пузырьков в окрестности равновесных состояний

Глава 3. Устойчивость в электростатическом поле заряженного

пузырька в диэлектрической жидкости

3.1. Устойчивость и капиллярные колебания заряженного пузырька

3.2. Устойчивость пузырька в однородном внешнем электростатическом поле
Глава 4. Распад в электростатическом поле заряженного пузырька в диэлектрической жидкости
4.1. Дробление заряженного пузырька на части сравнимых размеров
4.2. Рэлеевский распад сильно заряженного пузырька
4.3. Неустойчивость пузырька во внешнем электростатическом поле
4.4. Диспергирование заряженного пузырька в электростатическом поле
Результаты и выводы
Литература
Введение
Исследование устойчивости и диспергирования заряженных пузырьков в электрических полях представляет значительный интерес для различных разделов технической физики, химической технологии и геофизики. В частности исследование устойчивости заряженных пузырьков в жидкости стимулировано изучением процессов происходящих в электрогидро динамических насосах [20], изучением гидродинамической и акустической кавитации [25,26], возможностью использования кавитации для поддержания реакций синтеза легких ядер [27,28], возможностью выделения солей тяжелых металлов из водных растворов [31], созданием новых типов распылителей, использующих явление кавитации [33], изучением влияния электрического поля на теплообмен [34], изучением электроразряда в жидкостях [59-69], возможностью обогащения полезных ископаемых посредством флотации или электрофлотации [84,85], исследованием оптического пробоя жидкостей [86], а так же изучением процессов фильтрации жидкостей [89] и изучением явления барботажа [97]. Но не смотря на весьма значительное количество публикаций посвящен ных исследованию явлений, в которых пузыри играют определяющую роль, капиллярные колебания и устойчивость таких интересных физических объектов как заряженные пузыри или пузыри в электрическом поле практически не исследованы. До сих пор выполнены лишь несколько теоретических [12,14,15,110] и экспериментальных работ [8,20,31,108], в которых авторы упоминают о таких объектах. Теоретические работы, посвященные изучению устойчивости пузырей, не лишены недостатков, основным из которых, пожалуй, является отсутствие учета возможности адсорбции носителей заряда на поверхности пузырька. Учет адсорбции ионов примеси на поверхности раздела сред в определенных условиях может приводить к потере устойчивости такой границы. Это связано с тем, что поверхностная подвижность молекул и ионов может в сотни раз превосходить объемную, что в определенных условиях обеспечивает хо-
рошую проводимость стенок пузырька. Если пузырек имеет проводящие стенки, то электрическое давление стремится расширить его, а следовательно при некоторой напряженности внешнего электрического поля пузырек может стать неустойчивым. Кроме того пузырек может претерпеть неустойчивость по отношению к адсорбированному заряду.
Из сказанного ясно, что проблема исследования устойчивости во внешних электрических полях заряженных пузырьков в диэлектрической жидкости представляет известный интерес. Тем не менее, на настоящий момент, выполнено весьма мало теоретических работ, посвященных исследованию устойчивости заряженных пузырей в электрических ПОЛЯХ и проблема находится пока в начальной стадии теоретического осмысления.
Цель работы состояла в исследовании устойчивости заряженного парогазового пузырька в жидком диэлектрике в электростатическом поле и описании процесса дробления пузырька неустойчивого по отношению к избыточному заряду и внешнему электростатическому полю. В частности должно быть исследовано:
- влияние поверхностного электрического заряда на пузырьке в диэлектрической жидкости на его устойчивость по отношению к виртуальным радиально симметричным изменениям объема;
- устойчивость заряженного пузырька в диэлектрике в электростатическом поле по отношению к несимметричным деформациям формы под действием электрического поля;
- закономерности дробления сильно заряженного пузырька в диэлектрической жидкости, претерпевающего неустойчивость по отношению к избыточному поверхностному заряду;
- физические закономерности диспергирования в сильном электростатическом поле заряженного газового пузырька.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней:
- впервые проведен анализ движений стенок пузырька в окрестности его равновесных состояний при наличии электрического заряда на

метра р*: р* = 0.5 (кривая I), {3* = - 0.2 (кривая 2), р* = - 0.8 (кривая 3). На рис.2.16 кривые построены для: (3 = 0; р* = - 0.55 и различных значений параметра f:1 = О (кривая I), Ш = 0.2 (кривая 2), № = 1 (кривая 3).
Из вида уравнения (3) и правила знаков Декарта несложно видеть, что для различных значений параметров (3*, № ж р уравнение (3) может иметь разное количество вещественных положительных корней: два, один или ни одного (см. рис.2.1), отвечающих статическому равновесию пузырька. В пространстве значений параметров р*; р можно выделить три характерных области существования решений уравнения (3), которые обозначим буквами А, В, С.
В области А, где параметр р*, характеризующий давление в жидкости, положителен р* > О, а параметр Рэлея У! и параметр р, характеризующий начальное газовое давление, произвольны, существует одно равновесное состояние пузырька с радиусом 1=1*, являющимся единственным решением уравнения (3).
В области В существуют два вещественных положительных решения уравнения (3) I = , X = Х*2, соответствующие двум возможным ста-
ционарным равновесным радиусам пузырька. В пространстве параметров р*. р, Ш область В определена условиями: параметр р*, характеризующий давление в жидкости, отрицателен но превышает некоторое критическое значение р*сг < р* < О, а параметры Рэлея Ш и газового давления р меньше своих критических значений Ш < Шсг , р < Рсг
В области 0, где параметр р*, характеризующий давление в жидкости, отрицателен и меньше своего критического значения р* < р* , а параметры Рэлея № и газового давления р больше своих критических значений Ш >Шсг, р > Рсг, не существует ни одного решения уравнения (3) (т.е. в указанной области в жидкости не могут существовать равновесные пузырьки).
Под "критическими” значениями параметров р* , р , Щ понима-
•"С Г С X' о х