Введение к работе
Актуальность темы. Исследование неустойчивости заряженной поверх-юсти жидкости представляет значительный интерес, поскольку это явле-ше лежит в основе принципа действия различных технических устройств, шляется неотъемлемой частью многих технологических и геофизических іроцессов. Затрагиваемая тематика базируется на ряде задач, проанали-іированннх в приближении, в котором не учитываются свойства внешней :реды, конечность скорости переноса заряда и примесей в жидкости. Публикованные до настоящего времени работы, посвященные изучению влития указанных факторов на закономерности реализации неустойчивости :аряженной поверхности жидкости подтверждают традиционно принимаемые редставления о процессе экспоненциального роста амплитуд неустойчивых ;апиллярных волн. Однако, эксперименты свидетельствуют, что в реальной изической ситуации рельеф заряженной свободной поверхности жидкости в роцессе развития ее неустойчивости формируется при участии самых раз-ообразных факторов, не всегда строго отождествимых с конкретными фи-ическими механизмами. В связи со сказанным, представляется весьма ктуальными более детальное исследование закономерностей реализации еустойчивости заряженной поверхности жидкости и построение модели ормирования рельефа заряженной свободной поверхности в процессе раз-ития неустойчивости. Задача описания спектра капиллярных движений идкости при наличии химических примесей, изменяющих плотность поверх-эстной энергии свободной поверхности, даже в отсутствии поверхностно заряда представляет самостоятельный интерес ввиду отсутствия ус-зявшихся представлений го вопросу переноса примеси одновременно на эверхности и в объеме жидкости, а так же из-за присутствия в ряде абот неточностей, встречающихся уже у первых исследователей данной эоблемы. Актуальным является так же исследование закономерностей ре-тазащш неустойчивости заряженной свободной поверхности жидкости с шечной проводимостью при наличии примесей ПАВ.
Цель работы состояла в исследовании особенностей реализации неус-)йчивости заряженной свободной поверхности растворов поверхностно стивных веществ, обладающих конечными: вязкостью, диэлектрической ганицаемостью и электропроводностью. Для достижения поставленной цели Фались задачи:
исследования влияния величины отношения проводимостей, вяз-ютей и плотностей двух вязких не смешивающихся жидкостей с плоской іаницей раздела на характер неустойчивости этой границы в пер-ндикулярннх к ней электрическом поле и поле сил тяжести;
построения теоретической модели совместного влияния эффектов лаксации электрического заряда и поверхностно активного вещества на
спектр капиллярных движений в жидкости со свободной поверхностью пр наличии поверхностного заряда и перпендикулярного к поверхности пол сил тяжести;
изучения закономерностей реализации неустойчивости заряженно: поверхности жидкости в которой растворено поверхностно активное ве щество в зависимости от проводимости раствора и характеристик па верхностно активного вещества: параметра, характеризувдего упругост поверхностной фазы раствора; коэффициентов объемной и поверхностно; диффузий примеси;
построения теоретической модели совместного влияния эффекта релаксации вязкости и поверхностного натяжения на спектр волновы; движений поверхности жидкости;
построения теоретической модели роста эмиттирущих выступо] (конусов Тейлора) на заряженной свободной поверхности жидкости;
построения теоретической модели неустойчивости заряженной сферической капли вязкой проводящей жидкости в вязкой проводящей среде;
исследования влияния величины проводимости заряженной вязко! капли на характер ее неустойчивости при наличии вязкой проводящей среды в зависимости от времени релаксации заряда во внешней среде.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней:
впервые показана возможность колебательного режима неустойчивости плоской и сферической границ раздела двух вязких жидкостей < близкими проводимостями при наличии перпендикулярного к границе электрического поля;
впервые исследованы закономерности развития неустойчивости заряженной поверхности раствора поверхностно активного вещества, обладающего конечной проводимостью;
предложена полуколичественная модель развития эмиттирущих выступов на заряженной поверхности проводящей жидкости при реализацш неустойчивости Тонкса-Френкеля.
Научная и практическая ценность работы заключается в том, чтс полученные результаты расширяют существующие представления о явлениях, происходящих при диспергирований жидкостей под влиянием электрическогс поля, в условиях, когда существенное влияние на этот процесс оказывают свойства внешней среды, примесей, а так же эффект релаксации заряда. Результаты исследования могут быть использованы для создания новыз типов установок для перемешивания плохо растворимых друг в друге жидкостей; указывают путь управления отражающими свойствами жидко! поверхности с помощью внешнего электрического поля, внесения примесей, изменения проводимости жидкости или совместного влияния всех пе-
ечисленных факторов; показывают необходимость учета явления ко-ебательной неустойчивости в технологиях, имеющих дело с неус-ойчивостью границы двух проводящих жидкостей (например жидкий металл плазма). Кроме того, проведенное исследование предсказывает явления, оторые следует учитывать при шучешга огней Св.Элъма, для объяснения езкого" - усиления' энергопотеръ на линиях электропередачи во время ождя, при анализе проблемы взрыво и пожаробезопасное емкостей для ранения легко воспламеняющихся жидкостей. На защиту выносятся:
физический анализ закономерностей проявления неустойчивости, оверхности раздела "двух несмешивающихся жидкостей с конечными прово-имостями и диэлектриче скигли проницаемостями в перпендикулярном к по-ерхности раздела электрическом поле.
математическая модель и физический анализ электрогидродинами-еской неустойчивости заряженной поверхности раствора поверхностно ктивнсго вещества.
модель роста конусов Тейлора (эмитирующих выступов) на заряжен-ой поверхности жидкости, испытывающей неустойчивость по отношению к оверхностному заряду.
физическая модель влияния проводимости и вязкости внешней среды а закономерности развития неустойчивости заряженной вязкой капли.
Апробация работы; xvil конференция стран СНГ "дисперсные систе-а" (Одесса, 1996); VII Четаевская конференция "Аналитическая механи-а, устойчивость и управление движением" (Казань, 1997); молодежная аучно-практическая конференция "Проблемы моделирования в естествозна-ии" (Волжский, 1997); областная научная конференция студентов, аспи-антов и молодых ученых "Соврегленные проблемы естествознания" (Ярос-авль, 1997).
Основные результаты работы опубликованы в [1-5].
Структура и объем-работы. Диссертация общим объемом 151 страница, одержит 54 рисунка, состоит из введения, четырех глав, заключения и писка литературы из 154 наименований.