К расчёту замкнутой гидравлической ЭГД-системы

Цель. Изучить возможность описания электрогидродинамических процессов в ЭГД-преобразователе с плоскопараллельными сеточными электродами с учетом местных гидравлических сопротивлений.

Методы. Методом интегральных соотношений и обезразмеривания переменных, определяющих силовой параметр кулоновского поля и гидравлическое сопротивление, с одной стороны, и величину униполярного зарядообразования – с другой, получены практически важные соотношения для цилиндрической ЭГДсистемы. Путём табулирования безразмерных параметров, характеризующих систему, рассмотрены эффективные режимы работы сеточного цилиндрического ЭГД-преобразователя. Методом использования эмпирических соотношений гидравлики сделана оценка влияния местных гидравлических сопротивлений на напорные характеристики системы. Проведено сравнение расчётов с экспериментальной моделью. Результаты. Рассмотрены режимы работы сеточного ЭГД-преобразователя, включённого в замкнутый гидравлический контур, в зависимости от безразмерных переменных, выражающих с одной стороны, уровень инжекции заряда одного из электродов, и с другой – силовую характеристику электрического поля и величину гидравлического сопротивления внешнего контура круглого сечения. Сделана инженерная оценка влияния на падение напора местных гидравлических сопротивлений, сеток электродов с заданной геометрией и внезапных расширений и сужений потока рабочей жидкости на переменных сечениях конкретной цилиндрической конструкции ЭГД-системы. 

Заключение. При фиксированном безразмерном параметре, характеризующем гидравлическое сопротивление внешнего контура, и силовое воздействие межэлектродного электрического поля, существуют интервальные значения параметра, определяющего инжекцию зарядов, при которых эффективность сеточной ЭГД-системы максимальна. Даже при малых скоростях движения сопротивление сеточных электродов существенно уменьшают создаваемое насосом давление (до 50%). При больших гидравлических сопротивлениях, соответствующих статическим напорным характеристикам, рассмотренная модель удовлетворительно описывает характеристики ЭГД-системы.

1. Жакин А. И. О некоторых расчетных схемах ЭГД насосов на основе редокс-систем // Электронная обработка материалов. 1988. № 3. C. 35–37.

2. Полянский В. А., Панкратьева И. Л. Моделирование электрогидродинамических течений в слабопроводящих жидкостях // Прикладная механика и теоретическая физика. 1995. Т. 36, № 4. С. 36–43.

3. Кузнецов С. Ф., Молотов П. Е., Паринов Ю. В. Зависимость КПД ЭГД насосов от гидросопротивления насосов // Электронная обработка материалов. 1988. № 1. С. 43–45.

4. Моделирование нестационарных процессов в каналах ЭГД-насоса / А. А. Вартанян, В. В. Гогосов, В. А. Полянский, К. В. Полянский, Г. А. Шапошникова // Механика жидкости и газа. 1994. № 3. С. 30–41.

5. Стишков Ю. К., Остапенко А. А. Электрогидродинамические течения в жидких диэлектриках. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. 176 с.

6. Кузнецов С. Ф., Молотов П. Е., Паринов Ю. В. К теории электрогидродинамического эффекта // Магнитная гидродинамика. 1986. № 2Б. С. 94–99.

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

8. Кожевников И. В. Теплообмен в замкнутых циркуляционных контурах под воздействием электрического поля: дис. … канд. техн. наук. Кишинев, 1993. 207 с.

9. Экспериментальное исследование электрогидродинамического насоса / М. К. Болога, И. А. Кожухарь, В. П. Усенко, В. Л. Шкилев, О. И. Мардарский // ЭОМ. 1982. № 5. С. 74–76.

10. А. с. 1050531 СССР, МКИ Н 02 N 3/00. Электрогидродинамический насос / И. А. Кожухарь, В. Д. Шкилев, М. К. Болога, Т. А. Вольшина; Институт прикладной физики АН МССР (СССР). № 3427071/24–25; заявл. 23.04.82. ДСП.

11. Стишков Ю. К. Электрофизические процессы в жидкостях при воздействии сильных электрических полей: монография. М.: Юстицинформ, 2019. 262 с.

12. Ролдугин В. И. Самоорганизация наночастиц на межфазных поверхностях // Успехи химии. 2004. Т. 73, № 2. С. 123–156.

13. Liu M., Yang Q., Wu S. Space charge injection behaviors and dielectric characteristics of nanomodified transformer oil using different surface condition electrodes // AIP Adv. 2019. Vol. 9, is. 3. P. 035319.

14. Effect of surface modification of electrodes on charge injection and dielectric characteristics of propylene carbonate / S. Wu, Q. Yang, T. Shao, Z. Zhang, L. Huang // High Voltage. 2020. Vol. 5, is. 1. P. 15–23.

15. Russel M., Selvaganapathy P., Ching C. Effect of electrode surface topology on charge injection characteristics in dielectric liquids: an experimental study // J. Electrostat. 2014. Vol. 72, is. 6. P. 487–492.

16. Stability, thermo-physical and electrical properties of naphthenic/POME blended transformer oil nanofluids / R. Walvekar, D. A. Zairin, M. Khalid, Р. Jagadish [et al.] // Therm. Sci. Eng. Prog. 2021. Vol. 23. Р. 100878.

17. Transformer oil based multi-walled carbon nanotube–hexylamine coolant with optimized electrical, thermal and rheological enhancements / A. Amiri, S. N. Kazi, M. Shanbedi, M. N. Mohd Zubir [et al.] // RSC Adv., 2015. Vol. 130. P. 107222.

18. Beheshti A., Shanbedi M., Heris S. Z. Heat transfer and rheological properties of transformer oiloxidized MWCNT nanofluid // J. Therm. Anal. Calorim. 2014. Vol. 118, no. 3. P. 1451.

19. Кузько А. Е. Особенности изменения микрорельефа поверхностей электродов при электроконвекции в ПМС-50 // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Физика и химия. 2014. № 1. С. 24–30.

20. Кузько А. Е., Кузьменко А. П., Лазарев А. Н. Использование АСМ в расчёте инжекции зарядов при электроконвекции // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Физика и химия. 2013. № 2. С. 32–37.

21. Жакин А. И., Кузько А. Е. Теория осесимметричного электрогидродинамического насоса // Электронная обработка материалов. 2000. № 4. С. 44–53.

22. Жакин А. И., Лунёв С. А. Анализ работы сеточного ЭГД насоса, включённого в замкнутый гидравлический контур. Часть 1. Приближённая теория // Магнитная гидродинамика. 1998. Т. 34, № 3. С. 273–279.

23. Альтшуль А. Д., Киселёв П. Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1975. 326 с.