Электрогидродинамика
Электрогидродинамика (ЭГД) — физическая дисциплина, возникшая на пересечении гидродинамики и электростатики. Предметом её изучения являются процессы движения слабопроводящих жидкостей (жидких диэлектриков, углеводородных масел и топлива и т. п.), помещённых в электрическое поле.
Многие ЭГД-эффекты являются неожиданными, обладают непредсказуемым характером и остаются необъяснёнными до настоящего момента. Это связано с сильно нелинейным характером электрогидродинамических явлений, что вызывает трудности при их исследовании[1].
История
Основы теории ЭГД-течений были заложены ещё М. Фарадеем, однако интенсивное развитие данного направления исследований началось только в 1960-е годы. В США его развивала группа под руководством Дж. Мелчера. В Европе — ряд научных групп во Франции, Испании и других странах.
В СССР над ЭГД-теорией работали в
Система ЭГД-уравнений
Приближения
Система уравнений электрогидродинамики может быть получена из системы уравнений Максвелла и уравнений гидродинамики при учёте ряда приближений. Во-первых, при рассмотрении электрогидродинамических явлений пренебрегают излучением движущейся заряженной жидкости и пренебрегают энергией магнитного поля по сравнению с энергией электростатического поля. Эти приближения могут быть записаны с помощью следующих неравенств:
где ε, σ —
Общая система
В случае слабопроводящих сред систему ЭГД-уравнений обычно записывают в
- — уравнение движения, определяющее баланс импульсов в произвольной точке среды
- — уравнение неразрывности
- — уравнение Пуассона
- — уравнение непрерывности для электрического тока
Здесь введены следующие обозначения. ρ —
Система представленных выше уравнений является незамкнутой. Для её замыкания необходимо записать уравнения состояния. Обычно используются следующие условия:
Здесь p —
Уравнения для несжимаемой жидкости
Электрогидродинамические явления
Электрогидродинамические явления были известны достаточно давно. В середине XVIII в. появилась возможность работать с высокими напряжениями (см. Лейденская банка, Электрофорная машина). Первый «мистический опыт», связанный с ЭГД явлениями состоял в следующем: напротив горящей свечи, ставилось коронирующее острие, в результате свеча задувалась. Другой опыт — «франклиново колесо». Если на электрод в форме свастики с иглами на концах, подавать высокое напряжение, то данный электрод приходит в движение. Электрогидродинамические явления описывал Фарадей:
Если пинту хорошо очищенного и отфильтрованного масла налить в стеклянный сосуд и опустить в неё два провода, подключённых к электрофорной машине, то вся жидкость придёт в необычайно бурное движение.
Оригинальный текст (англ.)…if a pint of well-rectified and filtered (1571.) oil of turpentine be put into a glass vessel, and two wires be dipped into it in different places, one leading to the electrical machine, and the other to the discharging train, on working the machine the fluid will be thrown into violent motion throughout its whole mass…
Применение электрогидродинамических явлений
Электрогидродинамические явления применяются для интенсификации теплообмена (например, когда естественная конвекция затруднена — в космосе). Также ЭГД явления используются в электростатических пылеуловителях[3] и ионизаторах, для изготовления тонких полимерных нитей и капилляров[4], для дисперсного распыления жидкостей (электроокраски поверхностей), а также в струйных принтерах[5].
См. также
- Магнитогидродинамика
Примечания
- ↑ 28 марта 2013 года.
- ↑ Experimental Researches in Electricity, Volume 1 / Faraday, Michael, 1791-1867 . Дата обращения: 4 мая 2009. Архивировано из оригинала 16 мая 2009 года.
- ↑ И. П. Верщагин и др. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. — М.: Энергия, 1974.
- ↑ Э. А. Дружинин. Производство и свойства фильтрующих материалов Петрянова из ультратонких полимерных волокон. — М.: ИздАТ, 2007.
- ↑ В. И. Безруков. Основы электрокаплеструйных технологий. — СПб.: Судостроение, 2001.
Литература
Книги
- И. Б. Рубашов, Ю. С. Бортников. Электрогазодинамика. — М.: Атомиздат, 1971.
- Ю. К. Стишков, А. А. Остапенко. Электрогидродинамические течения в жидких диэлектриках. — Л.: Издат. Ленинградского университета, 1989. — 174 с.
- Electrohydrodynamics / A. Castellanos. — Wien: Springer, 1998. — (CISM Courses and Lectures No. 380).
Статьи
- А. И. Жакин. Электрогидродинамика // УФН. — 2012. — Т. 182. — С. 495—520.
- А. И. Жакин. Электрогидродинамика заряженных поверхностей // УФН. — 2013. — Т. 183. — С. 153–177.