CC BY
61
М.К. Болога, И.В. Кожевников
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО НАСОСА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРАХ МЕЖЭЛЕКТРОДНОГО ПРОМЕЖУТКА
Институт прикладной физики АНМ,
ул. Академией, 5, г. Кишинев, МД- 2028, Республика Молдова, [email protected]
Исследования по изучению и совершенствованию электрогидродинамических (ЭГД) насосов свидетельствуют, что их характеристики существенно зависят от процессов ионизации диэлектрической жидкости на электродах и структуры ЭГД-течений в межэлектродном промежутке (МЭП). Независимо от геометрии электродов в МЭП, как правило, образуются возвратные (вихревые) течения [1, 2], в которых происходит основная диссипация энергии электрического поля.
Возвратные течения могут быть частично подавлены путем сужения канала, что, однако, сопровождается возрастанием гидравлического сопротивления МЭП и уменьшением интенсивности ЭГД-течения. Поэтому целесообразнее использовать вихревые течения при их частичном подавлении. Установка для исследования возможности такого подхода к улучшению характеристик ЭГД насоса состоит из прямоугольной емкости, заполненной рабочей средой - керосином, в которой находится ЭГД насос (рис. 1). В коаксиальном диэлектрическом корпусе 3 размещены электроды 1 и 2. Электрод-коллектор 2 насоса выполнен в виде пластины со сквозным отверстием, эмиттер 1 представляет собой провод диаметром 1 мм в лаковой изоляции с перфорацией. Степень неоднородности электрического поля на перфорации ниже, чем в случае игольчатого электрода, но выше пороговая напряженность электрического поля, при которой происходит пробой межэлектродного промежутка. Вплотную к эмиттеру, со стороны коллектора, установлена диэлектрическая пластина 4 с отверстием, по центру которого расположена перфорация в изоляции. Расстояние между электродами варьировалось с помощью диэлектрических втулок 5. Положение электродов фиксировалось с помощью муфт 6 и 7. Выходной патрубок насоса соединялся с пьезометром 8 со сливом 9 для измерения расхода. Напор, создаваемый насосом, измерялся при нулевом расходе, что позволило достовернее выявить влияние различных факторов на работу ЭГД насоса.
Рис.1. Схема электрогидродинамического насоса
© Болога М.К., Кожевников И.В., Электронная обработка материалов, 2008, № 4, С. 42-44.
42
Зависимости напорной характеристики исследуемого насоса от напряжения при различной геометрии эмиттера представлены на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость напора от разности Рис. 3. Зависимость напора от разности потенциалов потенциалов между электродами. Эмит- между электродами при различной толщине диэлек-тер: 1 - плоская пластина; 2 - провод с трической пластины h, мм: 1 - 1,0; 2 - 2,0; 3 - 3,0 перфорацией
Рис. 4. Зависимость напора от разности потен- Рис. 5. Зависимость напора от разности потенциалов между электродами при различном диа- циалов при различном расстоянии между элек-метре отверстия в диэлектрической пластине тродами l, мм: 1- 1,2; 2- 2,0; 3-3,0 d1, мм: 1 - 1,5; 2 - 2,0
В случае эмиттера-пластины со сквозным отверстием, на кромках которого происходит ионизация диэлектрической жидкости, напорная характеристика (кривая 1) значительно хуже. При этом концентрация напряженности электрического поля ниже, чем на перфорации и игле, что снижает степень ионизации рабочей среды. Также следует отметить неустойчивость электрогидродинамического течения, связанную с неравномерностью зарядки жидкости на протяженной кромке отверстия. Поэтому в дальнейшем в качестве эмиттера использовался провод в лаковой изоляции с перфорацией. Существенное влияние на характеристики насоса оказывает толщина h диэлектрической пластины, расположенной вплотную к эмиттеру (рис. 3). По мере увеличения h, но при постоянном межэлектродном расстоянии l уменьшается толщина слоя жидкости между диэлектрической пластиной и коллектором, что приводит к перераспределению электрического поля и повышению гидравлического сопротивления межэлектродного промежутка. В результате ухудшается напорная характеристика (кривые 1—3, рис. 3). Варьирование h менее 1 мм не оказывает воздействия на параметры насоса, а уменьшение диаметра отверстия d1 в диэлектрической пластине несколько повышает напор (кривые 1 и 2, рис. 4). Диэлектрическая пластина с отверстием играет роль диафрагмы, ограничивающей возвратные течения, создающие подсасывающий эффект в зоне перфорации на проволоке. Межэлектродное расстояние l также влияет на характеристику насоса (рис. 5). Это улучшение с
43
уменьшением l при неизменной разности потенциалов между электродами (кривые 1—3, рис. 5) за счет роста напряженности поля E. Такая же зависимость наблюдается с увеличением l при постоянном E (рис. 6), что объясняется снижением гидравлического сопротивления межэлектродного промежутка. В значительной степени напор, создаваемый насосом, зависит от диаметра d2 отверстия в коллекторе. Зависимости напора от разности потенциалов между электродами при различных d2 представлены на рис. 7 (кривые 1—3). Оптимальные результаты достигнуты в случае d2 = 1 мм. С уменьшением диаметра отверстия в коллекторе увеличивается напряженность электрического поля за счет снижения расстояния между перфорацией и кромкой отверстия и неустойчивости электрогидродинамического течения, характерного для системы электродов игла-кольцо. Замена коллектора - пластины с отверстием на металлическую сетку также приводит к улучшению напора (кривые 2-4). Последнее позволяет использовать в качестве коллектора сетку (при некотором снижении напора, кривые 1, 4), что упрощает конструкцию насоса. Установлены оптимальные параметры МЭП (h, l, d1, d2). Получен максимальный статический напор, равный 5025 (625 мм столба керосина), что не является пределом.
Рис. 6. Зависимость напора от расстояния ме- Рис. 7. Зависимость напора от разности потен-жду электродами при различных напряженно- циалов при различном диаметре отверстия в стях поля Е, кВ/мм: 1 — 2,7; 2 — 3,33; 3 — 4,33; коллекторе d2 , мм: 1 — 1,0; 2 — 2,0; 3 — 3,0; 4 — 5,0; 5 —6,0; 6 — 6,67; 7 — 7,33 4 — коллектор-сетка (1х1 мм)
Таким образом, с помощью потокоограничивающей диафрагмы и используя возвратные (ячеистые) течения в свободном слое жидкости межэлектродного пространства, можно значительно улучшить характеристики электрогидродинамического насоса с системой электродов “проволока-плоскость”.
ЛИТЕРАТУРА
1. Болога М.К., Гросу Ф.П., Кожухарь И.А. Электроконвекция и теплообмен. Кишинев: Штиинца, 1977. 320 с.
2. Стишков Ю.К., Остапенко А.А. Электрогидродинамические течения в жидких диэлектриках. Л.,1989. 176 с.
Summary
Поступила 14.04.08
The possibility of improving of electrohydrodynamic pump characteristics by partial flow restriction and use of backflows in the interelectrode gap is shown. Optimum parameters of flow—restricting diaphragm, collector and interelectrode distance are determined.
44
