Термоэлектроконвективные явления и их прикладные аспекты
|
СтатусДиссертация была зашищена 11 июня 2009Утверждена Национальным Советом 1 октября 2009 Автореферат – 1.10 Mb / на русском – 1.17 Mb / на румынском |
Аннотация
Диссертационная работа посвящена исследованию явлений взаимодействия электри- ческих полей с идеальными и слабопроводящими жидкими диэлектрическими средами, сравнительно новой области физики - электрической гидродинамике (ЭГД) или, более узко, термоэлектрической гидродинамике (ТЭГД) в случае термически неоднородных сред.
Целью работы является изучение ЭГД явлений и вскрытие их прикладных аспектов применительно к решению некоторых актуальных физико-технических проблем: управление процессами переноса тепла, массы и заряда; преобразование энергии; сепарация гетерогенных систем (фильтрация); поиск новых (альтернативных) источников энергии.
Гидродинамические эффекты взаимодействий проявляются в макроскопическом движении жидкости под воздействием внешних электрических полей, называемом электрической конвекцией (ЭК). Для ее исследования среды подразделены на два класса: идеальные диэлектрики в смысле точного равенства нулю удельной электропроводности и слабопроводящие, когда данный параметр мал, но все же отличен от нуля. Показано, что одним из основных необходимых условий возникновения и существования электроконвективных явлений - это неоднородность среды по ее электрофизическим параметрам (ε и/или σ), ввиду неоднородностей типа: термических, механических (гетерогенные среды - эмульсии, суспензии) и обусловленных самим электрическим полем.
Проведена классификация ЭГД явлений: термоэлектроконвективные, к которым относятся электротермическая конвекция (ЭТК) в идеальных (ЭТКИ) и слабопроводящих жидкостях (ЭТКС), а также ЭТК, обусловленная джоулевым нагревом (ЭТКД); механоэлектроконвективные в гетерогенных средах (электромеханическая конвекция, ЭМК); электроконвективные явления в гомогенных изотермических газах и жидкостях, характерные для резконеоднородных полей и известные под названием электрического ветра (ЭВ), а в случае однородных и слабонеоднородных внешних полей названы электроизотермической конвекцией (ЭИТК). Большое внимание уделено термоэлектроконвективным явлениям, поскольку на них приходится центр тяжести прикладных аспектов ЭГД явлений.
Исследованы равновесное гидростатическое состояние и все типы электроконвективных явлений; конвективная неустойчивость; ламинарная конвекция; интенсивность развитой конвекции; одномерные течения.
Найдены электрофизические параметры дисперсных сред и подробно изучены закономерности ЭМК в них. В случае изотермических явлений проанализированы различные механизмы электризации жидкостей и объяснены экспериментально известные типы зарядообразования. Получены соответствующие распределения электрических полей и
зарядов. Решены задачи по изотермическим течениям и закономерностям релаксации зарядов в них, представляющие не только теоретический, но и несомненный практический интерес. Введено понятие «электрического» числа Рейнольдса - основной качественной и количественной характеристики ЭГД явлений.
Выявлены закономерности электроконвективного теплообмена и предложены обобщенные критериальные уравнения для числа Нуссельта, охватывающие следующие случаи конвекций: ЭТКИ; ЭТКС; ЭТКД; ЭМК (эмульсии, суспензии); ЭВ (при различных давлениях).
Рассмотрены и обсуждены физические аспекты методов преобразования энергии: электрической в механическую (ЭГД насосы) и механической в электрическую (ЭГД генераторы). Приводится методика определения к. п. д. преобразования. Выполнены расчеты ветрового ЭГД генератора и изотермического ЭГД «расходомера – генератора». Уделено внимание ТЭГД методам преобразования, поскольку речь идет о преобразовании именно тепловой энергии в другие виды, что считается приоритетной задачей как в теоретическом плане, так и прикладном. Найденные решения отдельных задач рекомендованы в качестве физических моделей ТЭГД насосов в случае идеальных диэлектриков или/и ТЭГД генераторов - в слабопроводящих средах. Получены формулы для расходов жидкости и плотностей токов; рассчитаны токи при одномерных изотермических течениях и конвекции влажного воздуха в наклонном конденсаторе, моделирующей естественную конвекцию на склоне холма в грозовую погоду, т. е. в условиях высокой степени наэлектризованности воздуха.
Объектом исследований является также электрическая фильтрация диэлектрических слабороводящих гетерогенных жидких систем, в первую очередь, с целью их электрической очистки. Созданы основы теории электрофильтрации и найдена математическая модель процесса в виде сложно – показательной функции, на базе которой обработаны и обобщены опытные данные.
Проведено лабораторное моделирование процесса атмосферного влагооборота с целью зондирования возможностей получения электроэнергии и воды из атмосферы и почвы. Получены обнадеживающие результаты, подлежащие дальнейшему анализу. Приведены общие выводы к работе и практические рекомендации.
Официальные оппоненты
- Valentin Musteaţa
доктор хабилитат, профессор, Технический Университет Молдовы - Anatolii Jakin
dr. hab. în şt. fiz.-mat., prof. univ., Universitatea Tehnică de Stat din Kursk, Rusia - Igor Savin
dr. hab. tehn., prof. univ., Universitatea Tehnică de Stat din Petrozavodsk, Rusia
Члены Ученого Совета
- Gheorghe Balan
dr hab. tehn., prof. univ., Universitatea de Stat Dunărea de Jos, Galaţi, România; - Tudor Sajin
dr tehn., pof. univ., Universitatea de Stat din Bacău, Romвnia
Диссертации
