Исследование роли электрофизических и теплофизических характеристик жидкости на нелинейное волновое движение на поверхности заряженной струи

• Автор: Воронина, Наталья Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Глава 1. Об осцилляциях и спонтанном распаде заряженных жидких струй.

Обзор работ, посвященных анализируемой проблеме

1.1. Диспергирование жидкости и его применение

1.2. Линейная устойчивость цилиндрической струи

1.3. Заряженные струи

1.4. Нелинейные осцилляции струй

1.5. Заключение

Глава 2. Аналитическое асимптотическое исследование периодического

нелинейного неосесимметричного волнового движения на поверхности

заряженной струи идеально проводящей жидкости

Глава 3. Аналитическое асимптотическое исследование периодического

нелинейного неосесимметричного волнового движения на поверхности
объемно заряженной струи диэлектрической жидкости
Глава 4. Влияние явления релаксации электрического заряда на
неосесимметричные осцилляции заряженной струи вязкой
жидкости конечной проводимости
Глава 5. Исследование влияния температурной зависимости физических
свойств жидкости на устойчивость заряженной нецилиндрической
идеально проводящей вязкой струи
Приложение А
Приложение В
Приложение С
Приложение Э
Приложение Е
Приложение Г. О зависимости теплофизических характеристик
жидкости от температуры
Приложение в
Приложение Н
Результаты и выводы
Список использованной литературы

Исследование неустойчивости заряженной поверхности жидкости и явления электродиспергирования при эмиссии поверхностью жидкости на нелинейной стадии реализации неустойчивости заряженных струек, распадающихся на отдельные капли, представляет значительный интерес, поскольку эти явления лежат в основе принципа действия разнообразных прецизионных научных приборов и устройств, являются неотъемлемой частью многих технологических и геофизических процессов. В частности это относится к ионным коллоидным реактивным двигателям; к распыливанию топлив и лакокрасочных материалов; к получению интенсивных ионных пучков в жидкометаллических источниках ионов; в жидкостной масспектрометрии; к устройствам электроструйной печати; к получению ультрадисперсных порошков тугоплавких металлов и т.п. В связи со сказанным, этот физический объект неоднократно изучался как экспериментально, так и теоретически: в линейной и нелинейной постановках. И все таки некоторые вопросы, связанные с устойчивостью струй до сих пор непонятны. Сказанное, в частности, относится к спонтанному дроблению струй, реализующемуся при неконтролируемых начальных и граничных условиях. Такой распад связан с одновременным возбуждением различных неосесимметричных мод осцилляций при эмиссии струй неустойчивой поверхностью жидкости (неустойчивость вызывается отрицательным давлением электрического поля у свободной поверхности жидкости). Именно такой способ диспергирования жидкости реализуется в подавляющем большинстве практических приложений феномена. Несмотря на большое количество экспериментально наблюдаемых режимов спонтанного электродиспергирования жидкости, теоретическое осмысление этого факта пока не выходит за рамки простой классификации. Одним из факторов, способствующих умножению реализующихся режимов электродиспергирования жидкости, является отличие формы струй, выбрасываемых неустойчивой поверхностью жидкости, от цилиндрической. Радиус такой струн изменяется примерно обратно пропорционально корню четвертой степени из расстояния от места ее зарождения. Влияние отличия формы спонтанно распадающихся струй от цилиндрической на закономерности реализации их неустойчивости и последующего электростатического распада в теоретическом отношении до сих пор никем не исследовано. Поверхностная плотность заряда на такой струе уже не будет однородной, а влияние вязкости жидкости на устойчивость по отношению к дроблению на капли будет различным на участках, с различающимися поперечными размерами. Особенно важным вопросом является теоретическое изучение
влияния релаксационных эффектов на закономерности реализации неустойчивости заряженной поверхности струи жидкости. Попытки исследования влияния эффекта релаксации электрического заряда на струе на ее устойчивость предпринимались неоднократно. Однако во всех перечисленных работах уравнение баланса заряда на поверхности струи выписывалось неверно - на основе механического переноса уравнения баланса вещества, выписанного для плоской поверхности, на цилиндрическую поверхность невозмущенной струи. В итоге пропадало слагаемое, связанное со средней кривизной поверхности струи. Что же касается неосесимметричного волнового движения на поверхности заряженной струи жидкости, то затрагиваемая тематика до настоящего времени теоретически была корректно исследована только на уровне решения линейных (для случая идеально проводящей жидкости - квадратичной) по амплитуде отклонения формы поверхности от равновесной задач. Экспериментальные исследования электродиспергирования струй жидкости с заряженной поверхности свидетельствуют о возможности возбуждения неосесимметричных мод заряженных струй. Однако, в теоретическом отношении этот вопрос исследован пока не достаточно полно, несмотря на то, что реализация неустойчивости именно этих мод в существенной степени ответственна как за хлыстообразное движение струй, так и за полидисперсный характер их распада на капли. Многообразие наблюдаемых режимов электрогидродинамического диспергирования в немалой степени зависит от электрофизических и теплофизических характеристик жидкости. В связи со сказанным, представляется весьма актуальным детальное теоретическое исследование закономерностей реализации неустойчивости заряженных струй жидкости, исследование влияния электрофизических и теплофизических характеристик жидкости на развитие неустойчивости, и построение модели формирования рельефа струй в процессе развития неустойчивости.
Цель работы состояла в теоретическом исследовании нелинейной стадии неустойчивости заряженных струй электропроводной и диэлектрической жидкостей, а также исследовании влияния эффектов релаксации заряда, температурной зависимости электрофизических и теплофизических характеристик жидкости и отличия формы струи от цилиндрической на закономерности развития неустойчивости. Для достижения поставленной цели решались задачи:
теоретический анализ нелинейной эволюции периодического неосесимметричного возмущения, распространяющегося по заряженной поверхности

І.с [т = 2)
І.сі (т = Ъ)
Рис. 1. Графики зависимости величины нелинейной поправки к частоте £ = є1.4 / СО2 от параметра (V и безразмерного волнового числа к для различных значений азимутального числа т. (Справа изображены графики зависимости величины нелинейной
поправки к частоте 5 от параметра IV и волнового числа к, пересеченные плоскостью 5* = 0;.