prosdo.ru 1
Приложение 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ИОННО-КОНВЕКЦИОННОГО НАСОСА. 1.1. АНАЛИЗ РАБОТЫ


ИОННО-КОНВЕКЦИОННОГО НАСОСА
1.1.1. Электрогидродинамика (ЭГД)
Электродинамическое течение – движение жидкого или газообразного диэлектрика в сильном электрическом поле, когда влиянием магнитных полей можно пренебречь [1].

Устройство, реализующее электродинамическое течение, преобразуя энергию электрических зарядов при движении их в электростатическом поле в кинетическую энергию жидкости, называется ионно-конвекционным насосом [1].

Работа ионно-конвекционного насоса изучена недостаточно потому, что нет последовательной количественной теории электроконвекции [2]. Экспериментальные исследования, поэтому малоэффективны из-за недостаточной конкретизации поставленной задачи и не могут использоваться для анализа конструктивных параметров и выбора типа ЭГД-насоса.

Целью настоящей работы является преобразование уравнений электрогидродинамического течения к зависимостям, удобным для экспериментальной проверки.

Реальные конструкции ионно-конвекционных (ИК) насосов должны работать в устойчивом, стационарном режиме, что соответствует постоянству рассматриваемых величин во времени.

Уравнения ЭГД для несжимаемой гомогенной жидкости слагаются из уравнений гидродинамики и уравнений электродинамики. Гидродинамику процесса описывает уравнение движения в напряжениях для стационарного потока [1, 3, 4]:

(1.1)

где – макроскопическая скорость движения среды;

– плотность жидкого диэлектрика;

– давление в потоке;

– коэффициент динамической вязкости;


– плотность главного вектора электрических пондеромоторных сил.

Уравнение (1.1), представляющее собой видоизмененное уравнение Навье-Стокса для стационарного потока, отражает закон сохранения импульса единицы объема среды при действии силы немеханического происхождения. К уравнению (1.1) обычно добавляется условие несжимаемости среды [1, 3-5]:

(1.2)

Плотность электрических пондеромоторных сил в жидком диэлектрике определяют [1, 4, 5] следующим выражением:

(1.3а)

где – плотность объемного заряда, инжектированного извне;

– напряженность электрического поля;

– произведение относительной диэлектрической проницаемости и электрической постоянной.

Первый член уравнения – сила, действующая на единицу объема электрически заряженного жидкого диэлектрика; второй – сила, обусловленная неоднородностью по , а следовательно, появлением отличной от нуля плотности связанных (поляризованных) зарядов; последнее слагаемое – так называемая электрострикционная сила [4].

Третье слагаемое не вызывает перемещения жидкости, второе может вызвать перемешивание [5]. Последние два слагаемых – объемная механическая сила, действующая на поляризационные заряды в диэлектрике [1]. Изменением плотности и диэлектрической проницаемости под действием поля при линейной связи между индукцией и напряженностью можно пренебречь [4].


Существует другое выражение для объемной плотности электродинамической силы при изотермическом течении, когда поляризация линейна по полю , а зависимостью диэлектрической восприимчивости от температуры и электрического поля можно пренебречь [3]:

(1.3 б)

Выражение плотности пондеромоторной силы в форме (1.3 б) представляется наиболее приемлемым, потому что определяет плотность объемной силы, действующей на поляризационные заряды в удобном для преобразований виде.

Плотность объемного заряда определится по теореме Гаусса:

(1.4)

Выражения для плотности объемного заряда и пондеромоторной силы относятся к уравнениям электродинамики наравне с условиями непрерывности тока:

(1.5)

и потенциальности электрического поля

(1.6)

В рабочем канале насоса, где помещаются электроды, присутствуют заряды только одного знака – инжектируемые с коронирующего острия. Проводимость жидкости считается высоковольтной и выражается в виде

,

где b – подвижность инжектируемых зарядов. Если система помещена во внешне однородные по температуре условия, можно положить b = const [6]. Внутренним тепловыделением пренебрегают даже при предпробивных напряжениях [4]. В формуле для плотности тока учитываются плотность инжектируемых зарядов и токи конвекции – плотность тока переноса зарядов течением жидкости :


(1.7)

Члены уравнения, учитывающие поляризацию среды, не влияют на гидродинамику процесса [4], не создают дополнительных потоков зарядов и поэтому опущены из уравнения (1.7).

Уравнения электрогидродинамики (1.1 – 1.7) разделяются на две достаточно независимые друг от друга группы, электродинамические и гидродинамические величины можно рассматривать раздельно [5, 7].
1.1.2. Вспомогательные математические зависимости
Рассмотрим пространственные производные потенциального вектора [8, 9, 10] :



где – орты произвольной системы координат;







так как





Последнее выражение получено по правилу разложения двойного векторного произведения, из него следует с учетом предпоследнего уравнения:




Следовательно, потенциальный вектор с изменяющимся модулем ( и ) направлен параллельно градиенту собственного модуля:




По правилам действий с оператором Гамильтона [9]:

По правилам действий с оператором Гамильтона [9]:



Причем если следует

и

так как

и .

Дивергенция единичного вектора равна нулю.

Для потенциального вектора возможны следующие преобразования [8-10]:





С учетом вышеизложенного,



Для потенциального вектора всегда справедливо преобразование

, (В.1)

так как для любого потенциального вектора , в силу определения градиента, всегда существует реальная система ортогональных координат [10], состоящая из поверхностей уровня φ = const и нормально к ним направленной пространственной координатной линии, параллельной вектору-градиенту.


Утверждение справедливо всегда, так как вектор не изменяет свою величину вдоль поверхностей уровня.
1.1.3. Решение уравнений электрогидродинамики
Используем вспомогательную зависимость (В.1) для преобразования уравнений (1.1 – 1.7).

Из уравнений (1.3а), (1.4) и (В.1) следует:



(1.8)

Здесь – плотность суммарного эффективного объемного заряда с учетом инжекции и поляризации, определяющего динамику ЭГД-потока.

Поляризационные заряды не создают дополнительного потока зарядов, не влияют на величину плотности тока, поэтому не учтены в уравнении (1.7). Заменив плотность инжектируемых зарядов эффективной плотностью, учтем поляризацию среды:

(2.7а)

Ток проводимости – поток инжектируемых зарядов – непрерывен, непрерывен и ток конвекции по (1.5) и (1.2):



Электрогидродинамическое течение является гомогенным потоком двух компонент: нейтральной жидкости и зарядов, поэтому [10]:

и (1.9)

плотность объемного эффективного заряда вдоль линий тока не изменяется.

Рассмотрим совместно с (В.1) уравнения (1.5) и (1.9):



отсюда

и (2.10)


Одновременное существование условий (1.9) и (2.10) возможно только в том случае, если заряды не возникают в электрическом поле, а, например, инжектируются извне. Поляризационные заряды ниоткуда не притекают, следовательно, в зоне изотермического течения взаимокомпенсируются, «отсутствуют». В приэлектродной зоне, где электрокалорическими и поляризационными эффектами нельзя пренебречь:





Вблизи электродов возникают вторичные эффекты, связанные с влиянием поля на электропроводимость. У электродов образуются известные в электрохимии двойные электрические слои [4].

В полученном виде система уравнений стационарной гидродинамики разрешима [5]. Если справедливо утверждение [7], что движение жидкости совпадает с направлением напряженности поля, то есть [4], то в силу (В.1):

и

Уравнение Навье-Стокса (1.1) упрощается до следующего выражения:



Единственным движением вязкой несжимаемой жидкости, не сопровождаемым диссипацией механической энергии, является квазитвердое ее движение [10].

В квазитвердом движении жидкости скорости деформаций среды равны нулю, возможны только деформации самого потока, например, растяжение или изгиб струи. Скорость среды может изменяться только вдоль потока во времени, уравнение (1.1) с учетом (1.8) имеет вид:

, (1.11)

Здесь – средняя скорость потока в сечении, – разность потенциалов наведенного электрического поля, приложенное напряжение к электродам ЭГД-насоса или разность потенциалов между ними.


Решением этого уравнения является аналог уравнения Д. Бернулли:



где и – скорости в конце и начале канала ЭГД-насоса у электродов;

– перепад давления, созданный насосом.

Первый член выражения является формулой Борда и численно равен гидравлическим потерям энергии при внезапном расширении потока, поэтому правомерно заменить его более общим выражением [11]:

, (1.12)

где – коэффициент гидравлического сопротивления конструкции.

При постоянном приложенном напряжении

(1.13)

Это известная формула [7], не используемая для определения характеристики ионно-конвекционного насоса.
1.1.4. Рабочая характеристика ЭГД-насоса
К уравнениям электрогидродинамики [4] обычно добавляется уравнение энергии:

, (1.14)

Где – коэффициент теплопроводности;

– теплоемкость при постоянном давлении;

Т – абсолютная температура среды.

Последний член уравнения (1.14) можно определить из выражения (1.7). Пренебрегая электрокалорическим эффектом, можно записать

(1.14а)

Первый член уравнения (1.14а) – удельная энергия электрического поля, или плотность потребляемой в единицу времени мощности. Из уравнения следует, что стационарный гидростатический режим работы ИК-насоса не существует, . Плотность кинетической энергии жидкости [10] для рассматриваемого случая определится в виде



Из уравнений (1.11) и (1.14а) следует:





Изменение механической энергии системы пропорционально плотности тока при постоянстве приложенного напряжения.

При постоянстве плотности тока формула (1.13) соответствует гидравлической характеристике насоса

,

Где – наибольший перепад давления, развиваемый насосом при

При равных скоростях течения фактический напор должен превышать ожидаемый (1.13) в раз:

(1.15)

Где и – плотности тока при и в данный момент соответственно.


Полученная формула легко доступна экспериментальной проверке и соответствует цели – описанию механики действия электрических сил. Найденная формула отражает рабочую характеристику напор – подача ЭГД-устройства – ионно-конвекционного насоса.

В работе ЭГД-насоса основной интерес представляет только результирующая, средняя или интегральная рабочая характеристика (1.15):

, (1.16)

где Н – напор, развиваемый насосом при подаче со средней скоростью ;

– напор при ;

и – сила тока, соответствующая и ;

g – ускорение свободного падения.

По изменению параметров зависимости (1.16) можно исследовать соотношение линейных размеров и конфигурацию элементов ИК-насоса.

Список литературы


  1. Нагорный В.С, Денисов А.А. Электрогидро- и электрогазодинамические устройства автоматики. – Л.: Машиностроение, 1979. – 288 с.

  2. Федоненко А.И., Жакин А.И. Экспериментальные исследования электроконвективного движения в трансформаторном масле // Магнитная гидродинамика, 1982, № 3. – С. 74-78.

  3. Жакин А.И., Надеборн В., Таранов И.Е., Об электроконвективной устойчивости слабопроводящей жидкости // Магнитная гидродинамика, 1979, № 2. – С. 63-68.
  4. Балога М.К., Гроссу Ф.П., Кожухарь И.А. Электроконвекция и теплообмен. – Кишинев: Штиница, 1977. – 320 с.


  5. Остроумов Г.А. Взаимодействие электрических и гидродинамических полей. – М.: Наука, 1979. – 320 с.

  6. Жакин А.И., Таранов Е.И. Электрогидродинамическая неустойчивость слабопроводящей жидкости между двумя цилиндрическими электродами при диполярной инжекции // Магнитная гидродинамика, 1979, № 4. – С. 53-57.

  7. Рубашов И.Б., Бортников Ю.С. Электрогазодинамика. – М.: Атомиздат, 1971. – 167 с.

  8. Корн Г., Корн Н. Справочник по математике. – М.: Наука, 1973. – С. 165-173.

  9. Зельдович Н.Б., Мышкис А.Д. Элементы прикладной математики. – М.: Наука, 1967. – С. 430-431.

  10. Лойцянский Л.Г. Механики жидкости и газа. – М.: Наука, 1978. – 736 с.

  11. Курганов А.М., Федоров Н.Ф. Справочник по гидравлическим расчетам систем водоснабжения и канализации. – Л.: Стройиздат, 1978. – С. 61.

.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ИОННО-КОНВЕКЦИОННЫХ НАСОСОВ
1.2.1. Постановка задачи
В настоящее время физические представления о связи механизма возникновения ЭГД-течения в ионно-конвекционном насосе с асимметрией электродов подвергаются сомнению из-за малой эффективности непосредственного преобразования энергии электрического поля в энергию поступательного движения жидкости [1]. Такие конструкции основаны на использовании в качестве одного из электродов ионизатора иглы или лезвия, а в качестве другого – коллектора кольца или сетки, локализующих поле.

Ионы знака потенциала игольчатого электрода, двигаясь к противоположному электроду с отверстиями, в результате передачи момента количества движения окружающей жидкости увлекают ее за собой [2]. Но ЭГД-течение возможно и в зеркально-симметричной системе электродов, например, «проволочка – проволочка» [3].

В основе электрогидродинамики лежат полярные ионные процессы [2, 3, 4] в приэлектродных слоях. Очевидно, достигнуть эффекта нагнетания можно двумя путями: подбором жидкости в системе симметричных электродов [1] и традиционным способом [5] – геометрической асимметрией электродов.


Целью настоящей работы является экспериментальное исследование конструкций ионно-конвекционных насосов.
1.2.2. Описание лабораторной установки
Эксперименты проводились на установке (рис. 1), состоящей из следующих основных элементов: емкости для рабочей жидкости 1, подпиточного насоса 2, напорного бачка 3, модели ЭГД-насоса 4, регулятора гидравлического сопротивления 5 и мерной емкости 6.

При проведении испытаний использовалась следующая измерительная аппаратура: система пьезометров для замера напора 11 на каждой модели насоса, упомянутая выше мерная емкость 6 и секундомер для замера подачи насоса. Определение мощности, потребляемой насосом, проводилось образцовым киловольтметром 1 класса точности и микроамперметром 0,2 класса точности.

Емкость для рабочей жидкости 1 представляет собой цилиндр высотой 0,4 м и диаметром 0,2 м.

На крышке емкости 1 установлен бачок 3, постоянно питаемый подпиточным насосом 2. Излишки рабочей жидкости сливались в бак 1 через переливное устройство, которым снабжен бачок 3 для поддержания в нем постоянного уровня жидкости.

Модели насоса 4 изготавливались из винипластового корпуса 12 с двумя патрубками 13. Внутри модели устанавливались два латунных кольца 14, к которым крепились при необходимости игла или сетка. Каждая модель оборудовалась двумя пьезометрами 11.

Требуемый режим работы устанавливался регулятором 5, с помощью которого измерялась статическая часть характеристик сети. Положение регулятора 5 фиксировалось так, чтобы получить 8-10 точек в диапазоне подач от Q = 0 до максимума.


Рисунок 1. Лабораторная установка.
В качестве измерительной емкости 6 использовался мерный цилиндр емкостью 1 литр, который опорожнялся при открытии крана 7 и был оборудован переливом 8.

Для устранения воздушных пробок линия 10 соединяет напорный бачок 3 и пьезометры модели 11 с самой высокой точкой сети – над регулятором 5 и с мерной емкостью 6, что позволяет поддерживать равное давление на свободной поверхности жидкости во всех элементах установки.


При смене моделей 4 напорный бачок опорожнялся открытием крана 9.

Для электропитания ЭГД-насосов была применена высоковольтная установка, собранная на базе стационарного аппарата для структурного анализа УРС-70-К1, состоящая из генераторного устройства и пульта управления. В качестве высоковольтного вентиля при однополупериодной схеме выпрямления использовался кенотрон КР-14-150. При двухполупериодной схеме выпрямления использовались выпрямительные столбики Д-1008, собранные по мостовой схеме.
1.2.3. Методика проведения экспериментов
Порядок проведения опытов по снятию эксплуатационных характеристик моделей ЭГД-насосов следующий.

После проверки готовности установки подавалось напряжение не более 75% пробойного, что позволяло избежать короткого замыкания. Затем напряжение плавно доводилось до требуемой величины. Различия в режиме разряда [7], приводящие к конвекции (ЭГД-течению) или пробою наступали при напряжении 75-80% пробойного.

Описываемые опыты проводились при отрицательно заряженном электроде-ионизаторе – катоде, так как параметры насосов при положительно заряженном коронирующем острие на 15-20% ниже. Выбранная жидкость – бензин АИ-93 удовлетворяет требованиям (1.3) возникновения ЭГД-потока.

Измерения проводились следующим образом: регулятор 5 устанавливался в заданном положении и фиксировал по показаниям пьезометров 11 напор насоса, затем при закрытом кране 7 по секундомеру определялось время наполнения емкости 6. Параллельно измерялась сила тока микроамперметром.

В эксперименте измерялись четыре параметра: напор Н – разность показаний пьезометров; подача насоса Q – секундный расход жидкости, поступающей в мерную емкость; приложенное напряжение U; сила тока I.

Основной задачей исследований была проверка известной [5] формулы в качестве эксплуатационной (HQ) характеристики ионно-конвекционного насоса:

(1)


где – статический напор насоса;

– коэффициент гидравлического сопротивления модели;

V – скорость течения жидкости.

В ЭГД-генераторах величина тока пропорциональна квадрату скорости [8], утверждение представляется справедливым для ионно-конвекционных насосов. Пропорционально квадрату скорости увеличивается энергоемкость потока в конструкции, следовательно, для напора насоса справедливо следующее выражение:

(2)

Приведенная зависимость является исправленным, дополненным вариантом формулы (1) для (HQ) характеристики ЭГД-насоса.
1.2.4. Эксплуатационная характеристика насоса
Предварительная проверка зависимости (2) проводилась на моделях с ожидаемыми наиболее высокими параметрами. Из наблюдения кинематической картины течения известно, что расстояние между центрами вихрей, сопутствующих ЭГД-струе в коаксиальных электродах, мало зависит от соотношения радиусов электродов и имеет порядок половины межэлектродного расстояния [6], что соответствует рекомендуемому оптимуму [5] – равенству меж­электродного расстояния для электродов «игла – кольцо» диаметру канала.

Для проверки зависимостей (1) и (2) были изготовлены три насоса с системой электродов «игла – кольцо», межэлектродным расстоянием, равным диаметру канала – 4, 6 и 8 мм соответственно. Коэффициент гидравлического сопротивления конструкций ξ равен 20, 14 и 2 (рис. 2). Исходному выражению (1) соответствуют кривые, изображенные на рисунке 2 пунктиром. Сплошной линией изображены соответствующие зависимости (2), они совпадают с экспериментальными точками.

Рисунок 2. Зависимость напора насоса от расхода жидкости.

В моделях в качестве электрода-ионизатора использовалась обычная канцелярская булавка с длиной вылета иглы, равной межэлектродному расстоянию L, что много больше рекомендуемой минимальной длины [7]. Электропитание осуществлялось мостовой схемой выпрямления.

В статическом режиме, при отсутствии подачи, работа насоса неустойчива, уровни жидкости в пьезометре колеблются. Жидкость в канале насоса не остается неподвижной.

Предложенная [5] форма рабочей характеристики ЭГД-насосов с учетом поправки [8] соответствует результатам проведенного эксперимента.

В испытываемых насосах КПД изменялся от 13% до 28%.
1.2.5. Поиск формы рабочего канала
ЭГД-насос подчиняется количественным соотношениям гидродинамики – общим гидравлическим законам, поэтому правомерно моделировать ионно-конвекционные насосы методом электрогидродинамической аналогии (ЭГДА) [8]. Качественная оценка распределения силовых линий – линий равной напряженности электрического поля и эквипотенциалей – линий равной разности потенциалов с не коронирующим электродом, проводилась на установке ЭГДА 9/60 для различного взаиморасположения электродов при цилиндрической и коноидальной форме рабочего канала. Для этого изображение электрода коллектора на токопроводящей бумаге разбивалось на три равные части, из полученных точек (I, II, III, IV – рис. 3 и 4) строились линии перпендикулярно к эквипотенциалям.


Рисунок 3.

При расстоянии между изображением электродов на токопроводящей бумаге больше 70% диаметра – ширины листа (рис. 3) возникает участок, где силовые линии параллельны оси канала, следовательно, межэлектродное расстояние должно быть в одноигольчатых конструкциях не меньше 0,7 диаметра.

Для экспериментальной проверки влияния межэлектродного расстояния – длины рабочего канала на параметры насоса использовалась модель с продольно перемещающейся иглой-ионизатором с цилиндрическим рабочим каналом 6 мм. Гидравлическое сопротивление моделей при перемещении иглы практически не изменялось, и экспериментальные точки разместились вдоль одной кривой при межэлектродном расстоянии 6, 8 и 10 мм (рис. 3). С уменьшением межэлектродного расстояния до 0,9 диаметра возникала неустойчивость в работе насоса, снижался напор, развиваемый моделью.


Из распределения эквипотенциалей и силовых линий для насоса с цилиндрической формой рабочего канала (рис. 3) и электродами «игла – кольцо» следует, это для лучшего совпадения направления течения жидкости и силовых линий ширина электрода «кольцо» должна быть примерно равна радиусу канала. Меньшая ширина электрода вызывает искривление силовых линий.



Рисунок 4. Рабочие характеристики насосов.
При коноидальной форме рабочего канала наиболее искривлены силовые линии с системой электродов «игла – кольцо» и меньше – с системой «игла – сетка» (рис. 4), поэтому выше параметры у ступени с электродом-коллектором в виде сети при близком гидравлическом сопротивлении конструкций.

У моделей с коноидальной формой канала коронирующее острие иглы находилось в самом узком сечении. Коллектор-сетка в эксперименте был из стальной проволоки 0,5 мм диаметром с ячейками 2,0 × 2,0 мм.

На рисунке 4 приведены рабочие характеристики (2) насосов, более высокие параметры у ступени с цилиндрическим рабочим каналом (ξ = 10), самые низкие – у модели с коноидальным рабочим каналом и электродами «игла – кольцо» (ξ = 9). У модели с электродами «игла – сетка» (ξ = 12) параметры выше, чем у модели с электродами «игла – кольцо», но ниже, чем у модели с цилиндрическим рабочим каналом.

При испытании моделей (рис. 3 и 4) расход и напор приведены для однополупериодной схемы электропитания.

Результаты испытаний на одноигольчатых конструкциях насосов соответствуют классическим представлениям [5, 8]. Использование в качестве основного параметра отношения приложенного напряжения U к межэлектродному расстоянию L [5] вполне правомерно, значит ЭГД-поток в насосе ограничен только областью постоянной максимальной напряженности поля. Более высокие гидравлические параметры у тех конструкций, где меньше разнятся длины силовых линий, независимо от формы рабочего канала. ЭГД-течение не зависит от геометрии стенок рабочего канала.


В статическом режиме процесс не стационарен, значения потока колеблются. Средние значения статического напора разнятся для неодинаковых моделей (рис. 2 и 4). В статическом режиме в ЭГД-насосе возникают внутренние течения, и режим статики наступает при превышении сопротивления сети внутреннего сопротивления работающего насоса. Геометрия рабочего канала определяет гидравлическое сопротивление конструкции: крутизну кривой (HQ) и статический напор через внутреннее сопротивление модели.

Форма рабочего канала не влияет на ЭГД-течение, но определяет параметры насоса – эффективность работы конструкции.
1.2.6. Исследование многоигольчатых конструкций
Для выяснения влияния числа коронирующих элементов ионизатора были изготовлены три восьмимиллиметровые модели с межэлектродным расстоянием 8 мм и системой электродов «игла – плоскость». В первой модели установлена одна игла, во второй – три, в третьей – пять, причем во всех моделях был одинаковый коллектор – пластинка шириной 4 мм и толщиной 2 мм, установленная по диаметру канала. Иглы расположены в трехигольчатой конструкции в ряд с расстояниями между ними 2 мм. В пятиигольчатой конструкции иглы расположились следующим образом: четыре квадратом, одна в центре на расстоянии 2 мм от каждой из первых четырех игл.

Характеристики моделей с разным числом игл приведены на рисунке 5. Возрастание напора при равном расходе не пропорционально числу игл, оно уменьшается с ростом их количества – чем больше игл, тем меньше средняя часть напора (отношение величины напора к числу игл), реализуемая каждым острием. Рабочая характеристика многоигольчатых моделей соответствует уравнению (2).

Рисунок 5. Характеристики моделей с разным числом игл.

В многоигольчатых конструкциях не удалось достичь величины средней напряженности U/L, максимально возможной в одноигольчатых, из-за раннего наступления пробоя. Величина пробойного напряжения снижается: чем больше игл, тем раньше наступает пробой при повышении напряжения.


При равных расходах КПД трех моделей были равны.

В семиигольчатой конструкции насоса при неизменном ионизаторе с одной иглой в центре и шестью по окружности менялся электрод-коллектор. Из рассмотренных форм коллектора в виде симметричных ионизатору игл – креста, спирали, сетки и шестилучевой звезды – более высокие параметры получены для шестилучевой звезды (рис. 6). Крест и звезда вырезаны из латунной пластинки толщиной 2 мм и шириной лучей 1,5 мм, сетка изготовлена из стальной проволоки 0,5 мм диаметром, с ячейками 2 × 2 мм, спираль была свернута из канцелярской булавки той же партии, что использовались для коронирующих игл.


Рисунок 6. Характеристики для шестилучевой звезды.
Система симметричных электродов в статическом режиме создавала в модели напор, несколько больший напора модели с электродами «игла – спираль», однако при работе с нагрузкой в режиме насоса пробойное напряжение упало в 3 раза (с 3,2 кВ/мм до 1,3 кВ/мм). До значения средней напряженности 1 кВ/мм модель с сеткой-коллектором работала в обратном режиме, возникал обратный напор до 15 мм вод. ст. Статический режим допускал колебания напора от +25 до -18 мм водяного столба, это объясняется малой массивностью электрода-спирали, приводящей к обратному ЭГД-течению, и иллюстрирует утверждение [7] о инжекции зарядов не острием, а участком иглы длиной несколько диаметров. При направленном движении жидкости явления нестационарности исчезали.

Рабочие параметры – напор и подача многоигольчатого насоса имеют наибольшие значения при соответствии каждому коронирующему острию ионизатора одинаковой площадки массивного коллектора. Зона рабочего канала с максимальной напряженностью поля – минимальной длиной силовых линий должна занимать наибольший объем рабочего канала.

Проведенные исследования полностью подтверждают правоту традиционных [4, 5, 7, 8] представлений. Работы [1, 3] относятся к области биполярного коронного разряда, где ЭГД-течение реализуется [2] не ионно-конвекционными насосами.


Список литературы


  1. Стишков Ю.К., Остапенко А.А., Макаров П.А. Электрогидродинамические преобразователи // Магнитная гидродинамика, 1982, № 2. – С. 120-125.

  2. Денисов А.А., Нагорный В.С. Электрогидро- и электрогазодинамические устройства автоматики. – Л.: Машиностроение, 1979. – 288 с.

  3. Стишков Ю.К., Остапенко А.А., Чистяков Н.А. ЭГД-течения в системе взаимно параллельных проволочек // Магнитная гидродинамика, 1982, № 3. – С. 79-82.

  4. Балога М.К., Гроссу Ф.П., Кожухарь И.А. Электроконвекция и теплообмен. – Кишинев: Штиница, 1977. – 320 с.

  5. Рубашов И.Б., Бортников Ю.С. Электрогазодинамика. – М.: Атомиздат, 1971. – 167 с.

  6. Федоненко А.И., Жакин А.И. Экспериментальные исследования электроконвективного движения в трансформаторном масле // Магнитная гидродинамика, 1982, № 3. – С. 74-78.

  7. Остроумов Г.А. Взаимодействие электрических и гидродинамических полей. – М.: Наука, 1979. – 320 с.

  8. Повх И.Л. Техническая гидромеханика. – Л.: Машиностроение, 1976. – 502 с.