Введение к работе
Актуальность темы.
В последнее время в области электрогидродинамики ведутся интенсивные исследования, в частности, связанные с изучением электрогидродииамиче-ских (ЭГД) течений диэлектрических жидкостей в сильных электрических ПОЛЯХ. Они вызваны прежде всего с тем, что с помощью ЭГД течений возможно непосредственное преобразование энергии электрического поля в кинетическую энергию движущейся жидкости.
Использующие этот эффект, так называемые, ЭГД насосы лишены движущихся механических элементов конструкции, вследствие чего они относительно просты в изготовлении, компактны и обладают большим ресурсом работы. Благодаря своим неоспоримым достоинствам ЭГД насосы могут быть использованы в различных технических приложениях, например, в качестве высокоточных дозаторов жидкости, в качестве движителей жидкости в устройствах, предназначенных для охлаждения электронных схем.
Между тем до сегодняшнего дня не достигнуты требуемые практикой показатели эффективности данного класса насосов, что сдерживает их широкое распространение в технических приложениях. К числу основных недостатков ЭГД насосов следует отнести низкие значения КПД, напорного давления и т.д.
Поэтому задача теоретического исследования электрофизических процессов в рабочих секциях сеточных ЭГД насосов, открывающего пути создания их эффективных технических реализаций, является актуальной и перспективной.
Цель работы заключается в теоретическом исследовании и численном моделировании электрофизических процессов в рабочей секции сеточного насоса для разработки методики расчета характеристик ЭГД насосов, а также исследовании электрических и гидродинамических характеристик течений диэлектрической жидкости для расширения сферы практического использования ЭГД эффектов.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
-
Разработать методику расчета напорно-расходкых характеристик аналитическим методом.
-
Исследовать электрические процессы в рабочей секции ЭГД насоса (изучение характера распределения объемного заряда, распределения напряженности поля и объемной кулоновской силы в межэлектродном пространстве).
-
Выполнить расчет технических характеристик плоского сеточного ЭГД насоса методом численного моделирования.
-
Методом численного моделирования провести анализ характера развития ЭГД течений, исследовать их структуру и связь с распределением кулоновской силы в межэлектродном пространстве.
Научные положення и результаты, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие результаты, полученные в данной диссертационной работе:
-
Результаты исследования электрофизических эффектов в рабочей секции ЭГД насоса аналитическими и численными методами.
-
Исследование развития ЭГД течений в рабочей секции ЭГД насоса.
-
Методика расчета технических характеристик плоского сеточного ЭГД насоса, включенного в замкнутый внешний гидравлический контур.
Научная новизна заключается в том, что при решении важной теоретической задачи по исследованию электрофизических процессов в сеточном ЭГД насосе впервые:
-
Разработана методика расчета технических характеристик насоса, включенного в замюгутый контур, аналитическим методом.
-
Установлена связь распределения объемной плотности кулоновской силы, действующей на ионы, со структурой ЭГД течения жидкости. Проведены комплексные исследования распределения объемного заряда, электрического поля и объемной плотности кулоновской силы, действующей на ионы, в рабочей части сеточного ЭГД насоса при различных напряжениях и уровнях инжек-ции ионов с эмиттера.
-
Произведены расчеты характеристик ЭГД насоса с учетом влияния внешнего контура. Определены оптимальные режимы работы ЭГД насоса с точки зрения уровня инжекции и геометрических параметров насоса.
Практическая значимость.
Проведенные исследования могут быть использованы при проектировании ЭГД устройств: ЭГД насосов, ЭГД термостатов, ЭГД преобразователей электрического сигнала в механический.
Апробация работы.
Результаты исследований, представленных в диссертационной работе, были доложены на V-Международной конференции по современным проблемам электрофизики и электрогидродинамики жидкостей, проходившей в Санкт-Петербурге в 1998 году, представлены на конференции "Современные проблемы механики и прикладной математики" (г. Воронеж, 1998 год), а также неоднократно докладывались па объединенных семинарах кафедр физики, теоретической и экспериментальной физики Курского государственного технического университета.
Работа выполнена в Курском государственном техническом университете в соответствии с Единым захаз-марядом Госкомвуза от 11.01.95 г.
Публикации.
Результаты исследований, представленных в диссертационной работе, опубликованы в 6 работах.
Структура и объем работы.