Публикации автора

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

Введение. Статья посвящена изучению особенностей моделирования процесса взаимодействия вибровальца с деформируемым грунтом при уплотнении технологических слоев автодороги. Методы и материалы. Производится математическое моделирование колебательной системы «вибровалец катка – деформируемая среда», заключающееся в построении системы дифференциальных уравнений, описывающих взаимодействующие элементы системы. Система включает в себя массивные тела, обладающие различными совокупностями упругих, вязких и фрикционных свойств. Эти свойства соответствуют реологическим характеристикам рабочего органа катка и деформируемой им грунтовой среды. Результаты. Представлены системы дифференциальных уравнений движения колеблющихся масс, позволяющие выявить особенности процесса уплотнения грунтов вибровальцами. На основе анализа уравнений систем выявлены параметры энергоэффективных режимов уплотнения и проведена их оценка с учетом известной зависимости коэффициента вязкого трения деформируемого грунта от влияния внешней деформирующей силы. Обсуждение и заключение. Полученные результаты могут быть использованы для обоснования комплекса эксплуатационных параметров рациональных режимов работы виброкатка на различных этапах уплотнения.

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.

Экспериментально исследовано развитие импульсного электрического разряда в воде с паровоздушными микропузырьками, распределение которых в объёме жидкости близко́ к равномерному. Наличие объёмных микропузырьков со средним диаметром  50 мкм при объёмном газосодержании не более 1 % не меняет механизм развития электрического разряда в воде с проводимостью  300 мкСм/см в диапазоне перенапряжений 1–1,5 при значении минимального пробойного напряжения  9 кВ на разрядном промежутке 1 см, причем механизм остаётся тепловым. При указанных условиях определяющую роль играют поверхностные пузырьки, которые приводят к смене наблюдаемого механизма развития разряда. Инициация происходит одновременно на обоих электродах в поверхностных пузырьках, к замыканию промежутка длиной 1 см приводит рост катодного канала со скоростью  60 м/с за время  160 мкс.

Экспериментально показан эффект формирования встречных разрядных каналов при инициации пробоя в слабопроводящей воде по следу с повышенной проводимостью от движущегося кристалла поваренной соли. Первый канал инициируется в промежутке между высоковольтным электродом и кристаллом соли, благодаря чему ток начинает протекать преимущественно по следу с повышенной проводимостью в результате растворения кристалла. Второй канал инициируется внутри следа на некотором рас-стоянии от кристалла и не имеет прямого контакта с заземленным электродом, который расположен на расстоянии 8 мм. Встречное движение разрядных каналов приводит к их объединению и окончательному формированию единого канала. На основе численного моделирования было дано объяснение данного эффекта, которое состоит в наличии вихревых структур в следе непосредственно за движущимся кристаллом, ко-торые формируют более широкую, по сравнению с основной частью следа, область с более низкими концентрацией соли и проводимостью. В результате, плотность тока в данной области оказывается ниже, чем в основной части следа, что приводит к более позднему вскипанию жидкости и появлению плазменного канала.

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.

Выполнено измерение характеристик распыла воды при инициировании диэлектриче-ского барьерного разряда в области пространства, где происходит распад на капли пленки жидкости, истекающей из отверстия форсунки. Разряд инициировался в области пространства между пленкой воды и высоковольтным электродом, окруженным диэлектрическим материалом. Измерения проводились прямым теневым методом, основанным на получении множества теневых мгновенных микрофотографий капель. Регистрировались осциллограммы тока и напряжения в цепи создания барьерного разряда. Сравнивались средние параметры, такие как средние диаметр и диаметр по Заутеру, капель в двух случаях: без инициирования разряда и при его создании в области пространства, где формируется распыл, при частоте напряжения 5 кГц и его амплитуде 10 кВ. Показано, что в случае с разрядом средние параметры капель значительно уменьшаются, а их количество увеличивается.