Научный архив: статьи

Экспериментально исследовано влияние импульсно-периодического искрового разряда, инициируемого вблизи пленки жидкости у выходного отверстия вихревой форсунки, на пространственное распыление воды. Разряд зажигался между заостренным высоковольтным электродом (положительная полярность, 14 кВ) и поверхностью пленки. Измерения проведены в диапазоне частот следования разрядов 0,1–40 кГц при избыточных давлениях воды от 0,5 до 4 бар. По данным скоростной теневой визуализации количественно определена ширина конуса распыла и введен параметр H/H0, характеризующий относительное увеличение ширины (угла) пространственного распыления при включении разряда. Показано, что зависимость H/H₀ от частоты носит немонотонный характер с выраженным максимумом, положение которого смещается в область более высоких частот с ростом давления воды, тогда как абсолютная величина максимума снижается. Наибольшее значение H/H0  5 – при давлении 0,5–1 атм. Обнаруженный эффект объясняется генерацией волны сжатия в канале разряда, сообщающей каплям дополнительный радиальный импульс и вызывающей раннее разрушение пленки. Обсуждается энергетическая эффективность метода при различных давлениях воды.

Исследовано развитие электрического разряда в жидкости в присутствие распределенной газовой фазы. Показано, что процесс протекает иначе, чем в однофазной среде, вследствие более быстрых ионизационных процессов в газе. Установлено, что усиление электрического поля на полюсах приводит к увеличению числа пузырьков, вовлеченных в развитие разряда, и к эффективному расширению области ионизации. Однако численное моделирование объединения таких центров ионизации через жидкость в единый разрядный канал затруднено из-за многомасштабности вовлеченных в расчет процессов. Предложен новый способ генерации упорядоченных цепочек газовых пузырьков в воде на основе импульсного электролиза воды, и исследуется их влияние на развитие электрического разряда.

В ранее проведенных исследованиях было показано, что управлять траекторией электрического разряда в воде возможно с помощью тонкого следа с повышенной электропроводностью, который образуется при движении кристалла поваренной соли в воде. Также была отмечена необычная структура разрядного канала, а именно – формирование отдельных несвязанных плазменных областей, которые затем объединяются в единый разрядный канал. Объяснение этого явления было дано на основе теневых фотографий, отражающих распределение растворенной соли вокруг кристалла, и результатов численного моделирования для концентрации, которые показали влияние формирующегося за кристаллом вихря на распределение соли, проводимости и, в конечном итоге, энерговыделения в области непосредственно за кристаллом, максимум которого оказался существенно удален от поверхности. В настоящей работе экспериментально обнаружено, что уменьшение диаметра кристалла от 518 мкм до 195 мкм привело к безвихревому режиму обтекания и более монотонному распределению концентрации соли внутри следа, что в свою очередь изменило развитие разряда – оно стало последовательным, от электрода к кристаллу и далее непрерывно вглубь следа. Трехмерное численное моделирование показало, что картины распределения тепловыделения различаются для кристаллов с размерами 518 мкм и 195 мкм и согласуются с результатами эксперимента

В работе экспериментально и с помощью численного моделирования в осесимметрич- ной трехмерной постановке рассмотрена задача формирования конической поверхности границы раздела «вода–трансформаторное масло» при подаче высоковольтного напряжения на электроды. Благодаря использованию электродов цилиндрической формы с заруглением торцов удалось провести более детальное численное моделирование, результаты которого хорошо согласуются с данными эксперимента. Показано, что для отслеживания границы следует использовать профили фазовой переменной и нормированной осевой скорости. Предложенный метод моделирования процесса может помочь проводить предварительную оценку устойчивости высоковольтного маслонаполненного оборудования к возникновению локальных электрических пробоев из-за возможного появления влажности.

Продемонстрирована возможность направления распространения канала электрического разряда в воде с помощью создания локальных зон повышенной проводимости, которые возникают в следе от движущегося в воде кристалла поваренной соли. Направленный разряд был получен в воде с электропроводностью 350 мкСм/см под действием импульсного напряжения миллисекундной длительности амплитудой 7 кВ в межэлектродном промежутке 8 мм. Эффект заключается в изменении разрядным каналом своего направления распространения при встрече со следом тонущего кристалла, т. е. нормальное горизонтальное (относительно направления силы тяжести) распространение от анода к катоду сменяется направленным вертикальным распространением по следу с повышенной из-за постепенного растворения кристалла проводимостью.

Исследованы рассеяние и волновые свойства субволновых диэлектрических элементов в виде плоских тонких эллипсов, возбуждаемых токами смещения при различных углах падения плоской электромагнитной волны СВЧ-диапазона. Измеренные основные магнитные резонансы в спектре электромагнитных полей плоского эллипса совпадают с рассчитанными резонансными частотами. Вихревые токи смещения приводят к появлению магнитного диполя и возникновению отрицательной магнитной восприимчивости у эллипса. Измерено распределение магнитного поля в ближней волновой зоне эллипса на частоте основного магнитного резонанса. Обнаружена анизотропия рассеяния магнитного поля при различной ориентации эллипса относительно волнового вектора падающей волны.

Экспериментальное определение напряженности импульсного электрического поля в жидком диэлектрике может быть затруднительно, когда требуется минимизировать вносимое измерением возмущение. Оптический метод, основанный на эффекте Керра, применим при достаточно высоких напряженностях. В качестве альтернативного решения могут выступать введенные микрокапли воды, дробление которых в электрическом поле определяется его амплитудой и наступает при электрическом капиллярном числе CaE  0,2. Проведены экспериментальное и расчетно-теоретическое исследования для капель одного размера, которые показали потенциальную применимость данного способа. Обсуждается влияние глубины резкости оптической си-стемы и начального заряда капель на точность измерений.

Предложен метод визуализации линий напряженности электрического поля в ди-электрике на основе электрогидродинамического (ЭГД) разрушения мелких капель. Достоинством метода является существенно меньшая плотность засева трассеров по сравнению с твердыми частицами, уменьшающая влияние дисперсной фазы на возни-кающее ЭГД-течение и электрическую прочность среды. Предлагаемый подход допускает введение разрушаемых капель-трассеров в отдельные исследуемые области, в том числе в область меньших значений потенциала, что снижает вероятность частичных пробоев при диагностике. Результативность подхода подтверждается сравнением данных экспериментальной визуализации с результатами расчетов.

Проведено экспериментальное и численное исследование поля скорости в дистиллированной воде, возникающего на допробойном этапе при подаче импульса напряжения на электрод-иглу при различной глубине её погружения. Полученные результаты анализируются в терминах экстремума (максимума) скорости течения, достигающегося в области наблюдения в непосредственной близости к высоковольтному электроду. Получено удовлетворительное согласие экспериментальной и численной зависимостей экстремума скорости от времени с расчетом. Показано, что максимальное значение скорости в возникающем течении достигается на более поздних временах с увеличением глубины погружения. Уменьшение глубины погружения приводит к возникновению электрического разряда при потере контакта высоковольтного электрода с водой из-за возникающего вблизи него течения. Выполненные исследования показывают дальнейшее направление развития построенной физико-математической модели.

Экспериментально исследовано удаление примесей изопропилового спирта с начальной объёмной концентрацией 20 % в ячейке с объёмом рабочей зоны 831 см3 в водном потоке с мелкодисперсными воздушными пузырьками с расходом раствора 2 м3/час квазиобъемным электрическим разрядом, получаемым с помощью многоэлектродной системы секционированных игольчатых электродов. При переменном напряжении промышленной частоты 50 Гц создание мелкодисперсной фазы с пузырьками воздуха в электроразрядной ячейке повышает эффективность удаления изопропилового спирта из потока воды на 6 %.

Экспериментально исследовано развитие электрического пробоя в воде с проводимостью 255 мкСм/см при воздействии ультразвуковых волн для геометрии электродов «острие–штырь» с межэлектродным промежутком 8 мм. Обнаружено, что при одинаковом напряжении, близком к минимальному пробойному, вероятность инициации пробоя и замыкания разрядом промежутка увеличивается в два раза при воздействии ультразвуком без создания кавитации, а время допробойной стадии сокращается по сравнению с пробоем без ультразвука.

Экспериментально исследовано развитие электрического пробоя через границу раздела двух жидкостей с различной электропроводностью и различной диэлектрической проницаемостью: слой трансформаторного масла над слоем воды в импульсном электрическом поле, направленном по нормали к границе раздела. Обнаружено, что сначала под действием электрического поля поверхность воды начинает прогибаться в слой масла, затем развивается конусообразная неустойчивость границы раздела жидкостей и конус воды быстро втягивается в масло вблизи высоковольтного электрода, погруженного в масло. Слой масла у электрода становиться тонким, либо конус воды достигает электрода, в результате чего возникает пробой.