Куперштох Александр Леонидович,
Медведев Дмитрий Александрович
Аннотация
Исследовано влияние сил электрострикции на электрогидродинамические течения жидких диэлектриков и на их последующий пробой в сильных электрических полях. Рассмотрена анизотропная неустойчивость и распад бинарных смесей жидкого диэлектрика и растворенного газа под действием первоначально однородного сильного электрического поля. Такой распад может происходить из-за действия электрострикционных сил, направленных перпендикулярно электрическому полю. В результате в жидкости возникают парогазовые каналы, направленные в среднем вдоль электрического поля. Для компьютерного моделирования этого явления использовался метод решеточных уравнений Больцмана. В неоднородном поле между двумя концентрическими цилиндрическими или сферическими электродами возникают сложные течения диэлектрика с электрострикционными волнами разрежения и сжатия. Получены аналитические формулы для распределений скорости и плотности жидкости для концентрических цилиндрических и сферических электродов. Рассчитанные распределения плотности и скорости жидкости хорошо согласуются с полученными аналитическими решениями. Показано, что в неоднородных электрических полях тоже возможен анизотропный распад жидкого диэлектрика в области электрострикционных волн разрежения, а также в области, в которой возникающие из-за шероховатости электродов волны разрежения могут интерферировать.
Ключевые слова: пробой жидких диэлектриков, сильные электрические поля, электрострикция, электрогидродинамические течения, бинарные смеси, паро-газовые каналы, решеточные уравнения Больцмана, компьютерное моделирование
Авторы:
Куперштох Александр Леонидович
доктор физико-математических наук, доцент, заведующий лабораторией механики многофазных сред и кумуляции Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН. Основное направление научных исследований – пробой жидких диэлектриков, компьютерное моделирование систем жидкость-пар методом решеточных уравнений Больцмана. Имеет более 100 публикаций, в том числе
4 монографии. E-mail: skn@hydro.nsc.ru
Медведев Дмитрий Александрович
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН. Основное направление научных исследований – ме-ханика жидкости, газа и плазмы, пробой жидких диэлектриков, компьютерное моделирование методом реше-точных уравнений Больцмана. Имеет более 40 публикаций, в том числе 2 монографии. E-mail: dmedv@hydro.nsc.ru
Список литературы
[1] Яншин Э.В. Механизм импульсного электрического пробоя воды / Э.В. Яншин, И.Т. Овчинников, Ю.Н. Вершинин // Докл. Акад. наук. – 1974. – Т. 214. – № 6. – С. 1303–1306. [2] Коробейников С.М. Динамика электрострикционного давления у сферического электрода / С.М. Коробейников, Э.В. Яншин // ЖТФ. – 1983. – Т. 53. – № 10. – С. 2101–2104. [3] Коробейников С.М. Пузырьковая модель зажигания импульсного электрического разряда в жидкостях: автореф. дисс. … д-ра физ.-мат. наук / С.М. Коробейников. – Новосибирск, 1997. – 310 с. [4] Kupershtokh A.L. Anisotropic instability of a dielectric liquid in a strong uniform electric field: Decay into a two-phase system of vapor filaments in a liquid / A.L. Kupershtokh, D.A. Medvedev // Physical Review E. – 2006. – Vol. 74. – № 2. – P. 021505 (5). [5] Kupershtokh A.L. Anisotropic electrohydrodynamic instability and decay of dielectric liquid into two-phase system of cylindrical vapor channels in a liquid / A.L. Kupershtokh, D.A. Medvedev // Proc. 5th Conf. SFE, Grenoble, France, 2006. – P. 173–178. [6] Kupershtokh A.L. Lattice Boltzmann equation method in electrohydrodynamic problems / A.L. Kupershtokh, D.A. Medvedev // J. Electrostatics. – 2006. – Vol. 64. – № 7–9. – P. 581–585. [7] Куперштох А.Л. Волны электрострикции и анизотропная неустойчивость жидких диэлектриков в неоднородном электрическом поле / А.Л. Куперштох, Д.А. Медведев // Доклады Всероссийской научно-технической конференции «Электрофизика материалов и установок», Новосибирск, 2007. – С. 185–192. [8] Shneider M.N. Theoretical study of the initial stage of sub-nanosecond pulsed breakdown in liquid dielectrics / M.N. Shneider, M. Pekker, A. Fridman // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. – 2012. – Vol. 19. – № 5. – P. 1579–1582. [9] Starikovsky A. Pulsed nanosecond discharge development in liquids with various dielectric permittivity constants / A. Starikovsky // Plasma Sources Sci. Technol. – 2013. – Vol. 22. – № 1. – P. 012001 (5). [10] Куперштох А.Л. Трехмерное моделирование методом LBE на гибридных GPU-кластерах распада бинарной смеси жидкого диэлектрика с растворенным газом на систему парогазовых каналов / А.Л. Куперштох // Вычислительные методы и программирование. – 2012. – Т. 13. – С. 384–390. [11] Ландау Л.Д. Электродинамика сплошных сред / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М.: Гос. изд-во. физ.-мат. литературы, 1959. – 532 с. [12] Chen S. Lattice Boltzmann method for fluid flows / S. Chen, G. Doolen // Annual Review of Fluid Mechanics. – 1998. – Vol. 30. – P. 329–364. [13] Куперштох А.Л. Моделирование течений с границами раздела фаз жидкость-пар методом решеточных уравнений Больцмана / А.Л. Куперштох // Вестник НГУ: Серия «Математика, механика и информатика». – 2005. – Т. 5. – № 3. – С. 29–42. [14] Kupershtokh A.L. On equations of state in a lattice Boltzmann method / A.L. Kupershtokh, D.A. Medvedev, D.I. Karpov // Computers and Mathematics with Applications. – 2009. – Vol. 58. – № 5. – P. 965–974.
