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电场驱动射流的稳定性研究

杨田甜  
【摘要】: 聚合物溶液从管嘴处高速喷入电场,被外加电场加速、细化,发生轴对称的“Rayleigh”失稳和“导电”失稳。本论文研究了这两种轴对称失稳现象。采用Giesekus非线性粘弹性流体本构模型导出了细体射流的控制方程组,包括动量守恒方程、电场平衡方程和电荷守恒方程等。采用小扰动方法得到了分析稳定性的频散方程。根据数值计算结果,讨论了有关流体参数和电学参数对射流稳定性的影响,并力图从理论上分析有关失稳现象的物理机制。 通过数值计算发现,增大粘性、电导率、外加电场,减小弹性,有利于射流的“Rayleigh”稳定性;增大外加电场、电导率不利于“导电”稳定性;对于理想导体,增大表面电荷有利于射流的稳定;对于理想绝缘体,增大表面电荷,有利射流的长波稳定性,不利于射流的短波稳定性。 “Rayleigh”模式取决于惯性力和表面张力的平衡。射流带电,产生径向斥力,径向斥力也影响射流的“Rayleigh”稳定;“导电”模式产生的物理机理在于外加电场和表面电荷的耦合,在这种模式下表面张力并无作用。当表面电荷和外加电场增大时,“导电”模式加强,而“Rayleigh”模式受到抑制。 本文涉及流体力学研究的两个最新方面:一是关于粘弹性流体的本构方程的研究,第二则涉及到流场与电场的耦合。通过查阅相关文献发现,目前尚未有人将粘弹性本构模型引入带电射流的稳定性研究中去。


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