ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ЖИДКОЙ ФАЗЫ И ТУРБУЛЕНТНОСТЬ В ПРОЦЕССЕ ГОРЕНИЯ МНОГОКАНАЛЬНОГО РАЗРЯДА
Казанский государственный технический университет
им. , Казань, Россия, *****@***ru
Из-за сложной гидродинамической природы границы плазма-жидкость понимание физики взаимодействия плазмы и жидкости остается ограниченным. В данной работе исследовались электрические разряды между металлическим анодом и 5-15% водным раствором сульфата аммония (катода). Методом цифровой фоторегистрации были получены снимки многоканального разряда на аноде, погруженном в электролит при атмосферном давлении. Конфигурация подводящего отрицательного потенциала была плоской, а анод имел форму цилиндрического стержня с меньшей площадью поверхности.
Анализ фотографий показал, что при прохождении электрического тока наблюдаются различные фазы процесса: электролиз, образование устойчивой парогазовой оболочки, переход МР в турбулентный режим, характеризуемый срывом парогазовой оболочки и интенсивным перемешиванием плазменно-электролитной среды. На снимках представлена стадия турбулентного смешения плазмы многоканального разряда и электролита (так называемый электрогидродинамический режим горения) с интенсивным испарением электролита и брызгами. За счет интенсивной турбулизации процесса электролит активно перемещается относительно металлического электрода. Происходит периодическое схлопывание парогазовой оболочки и разряд горит прерывисто.
Результаты указывают на то, что плазма способна вызвать существенную гидродинамическую неустойчивость как на поверхности, так и внутри электролита.
При прохождении электрического тока через электролитическую ячейку, содержащую два металлических электрода, один из которых (активный электрод) имеет гораздо меньшую поверхность, чем второй, при постепенном повышении напряжения на электродах приводит к различным фазам процесса. Первая фаза процесса при напряжениях U=10-40В, наблюдаемая на активном электроде представляет собой обычный электролиз, при котором наблюдается газовыделение и перенос ионов металла в зависимости от состава электролита и материала электродов. Повышение напряжения разряда до U=60-70В приводит к образованию устойчивой стационарной парогазовой оболочки. На третьей фазе процесса при напряжениях свыше U>80В наблюдается переход в турбулентный режим, характеризуемый срывом парогазовой оболочки и интенсивным перемешиванием плазменно-электролитной среды. На основании полученных экспериментальных данных описан механизм прерывания тока в турбулентной фазе процесса горения плазмы.
