Electrization of weakly conducting multicomponent liquids at laminar flow in a flat channel
We investigate weakly conducting hydrocarbon liquids with a small admixture of molecules of electrolytic character, which, being dissolved in the carrying liquid, dissociate into positive and negative ions. Such media are widely used in various technological processes. In these cases, there often arise problems related to electrization, i.e., appearance of some non-compensated space charge in the medium near the interface.
The goal of the study is the theoretical investigation of the influence of various parameters characterizing the electrochemical properties of the medium and the surface of interface between the liquid and the rigid body onto the magnitude of the space charge and the convective electric In the paper, we study the formation of the non-compensated space electric charge in flows of weakly conducting viscous liquids in channels under electrochemical interaction between the medium and the interface for arbitrarily related mobilities of charged particles of different kinds. New models of surface electrochemical processes are considered. The influence of parameters of these processes on the magnitude of the electrization current and the length of saturation attainment for electric parameters of the medium (the relaxation length) is demonstrated. The possibility of formation of strong induced electric fields on the interfaces is theoretically justified. Two main parameters exerting an influence on the magnitude of these fields are determined, and a mechanism of discharge is proposed which exhibits itself in experiments in the form of local areas of the liquid glow
Объектом исследований являются слабопроводящие углеводородные жидкости с малой примесью молекул электролитной природы, которые при растворении в несущей жидкости диссоциируют на положительные и отрицательные ионы. Такие среды широко применяются в различных технологических процессах, при этом часто возникают проблемы, связанные с электризацией, то есть возникновением в среде вблизи границ раздела нескомпенсированного объемного электрического заряда.
Цель работы теоретическое исследование влияния различных параметров, характеризующих электрохимические свойства среды и поверхности контакта жидкости и твердого тела, на величину объемного заряда и конвективного электрического тока.
В статье изучена проблема образования нескомпенсированного объемного электрического заряда в течениях слабопроводящих вязких жидкостей в каналах при электрохимическом взаимодействии среды с границей раздела для произвольного соотношения между подвижностями заряженных частиц разных сортов. Рассмотрены новые модели поверхностных электрохимических процессов. Изучено влияние параметров этих процессов на величину тока электризации и на длину выхода электрических параметров среды на насыщение (длину релаксации). Теоретически обоснована возможность образования сильных индуцированных электрических полей на границах раздела, определены два основных параметра, влияющих на величину этих полей и предложен механизм разрядки, проявляющийся в экспериментах в виде локальных областей свечения жидкости.
1. Touchard G. Flow electrification of liquids //J. of Electrostatics. 2001. Vol.51-52. pp. 440-447.
2. Прибылов В.Н., Черный Л.Т. Электризация диэлектрических жидкостей при течении по трубам //Изв. АН СССР. МЖГ. 1979. №6. С.42-47
3. Прибылов В.Н., Черный Л.Т. Электризация при течении в трубе органических жидкостей с примесью сильного электролита//ПМТФ. 1982. №3. С.32-37
4. Черный Л.Т. Электрогидродинамические модели и методы расчета электризации органических жидкостей при течении по трубам //Докл. АН СССР. 1983. Т. 271. № 3. С. 573-577.
5. Прибылов В.Н. Электризация диэлектрических жидкостей с примесью слабого электролита в плоском канале // Коллоидный журнал. 1989. Т.51. № 3, С. 500-506.
6. Touchard G., Romat H. Electrostatic charges convected by flow of dielectric liquid through pipes of different length and different radii (theoretical model and experimental results // J. of Electrostatics. 1981. Vol. 10. pp.275-281.
7. Lee M.J., Nelson J.K. Flow –induced electrification and partial discharge measurements in transformer duct structures // IEEE Transactions on Electrical Insulation. 1991. Vol. 26. № 4. pp.739–748.
8. Панкратьева И.Л., Полянский В.А. Моделирование электрогидродинамических течений в слабопроводящих жидкостях // ПМТФ. 1995. Т.36. № 4. С. 36-44.
9. Полянский В.А., Прибылов В.Н. Влияние продольной диффузии на ток электризации жидких диэлектриков при течении в канале // Коллоидный журнал. 2004. Т.66. №3, С. 372-375.
10. Gogosov V.V., Polyansky K.V., Polyansky V.A., Shaposhnikova G.A., Vartanyan A.A. Modeling of nonstationary processes in channels of EHD pump //J. of Electrostatics. 1995. Vol. 34, pp.245-262.
11. Polyansky V.A., Pankratieva I.L. Multilayer charged structures in nonpolar dielectric liquids // J. of Colloid and Interface Science. 2000. Vol. 230, pp.306-311.
12. Прибылов В.Н. Экспериментальное исследование тока электризации диэлектрических жидкостей в цилиндрической трубке //Коллоидный журнал. 1996. Т. 58. № 4. С. 524-527.
13. Paillat T., Moreau E., Touchard G. Space charge density at the wall in the case of heptane flowing through an insulating pipe // J. of Electrostatics. 2001. Vol.53. pp.171-182.
14. Панкратьева И.Л., Полянский В.А. Электризация слабопроводящих сред в окрестности границы раздела // В кн. «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей». Сборник докладов VII Международной конференции, Санкт-Петербург, 25 – 29 июня 2003 г. 2003. С. 203-207.
15. Исаев А.Г., Агаев А.С., Аббасов В.М., Гаджиева Э.К., Усачева М.А., Набибекова Х.А. Антистатические присадки к светлым нефтепродуктам // В кн. «Защита от вредного воздействия статического электричества в народном хозяйстве». Тезисы докл. III Все-союзной научно-технической конференции. Северодонецк, сентябрь 1984 г. С. 113-114.
16. Месси Г. Отрицательные ионы. М.: Мир, 1979. 754 с.
17. Панкратьева И.Л., Полянский В.А. Образование сильных электрических полей при течении жидкости в узких каналах// Доклады РАН. 2005. Т. 403. № 5. C. 619-622
18. Баранов Д.С., Бухарин Н.С., Герценштейн С.Я., Монахов А.А. Электризация слабопроводящей жидкости в тонком диэлектрическом канале //Тезисы докладов XIII школы-семинара «Современные проблемы аэрогидродинамики». 5-15 сентября 2005. Сочи, «Буревестник» МГУ. М.: Изд-во МГУ, 2005. С. 14.
19. Веденеев В.И., Гурвич Л.В., Кондратьев В.Н., Медведев В.А., Франкевич Е.Л. Энергии разрыва химических связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону. М.: Изд. АН СССР, 1962. 215 с.
20. Прибылов В.Н. Электризация слабопроводящих жидкостей при течении в каналах и трубах. Автореферат дисс. канд. физ.-матем. наук. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова , 2005. 16 с.
21. Ватажин А.Б., Улыбышев К.Е. Модель формирования электрического тока выноса в каналах авиационных реактивных двигателей // Изв. РАН. МЖГ. 2000. № 5. С. 139-148.
22. Лаутон Дж., Вайнберг Ф. Электрические аспекты горения. М.: Энергия, 1976. 294 с.
23. Touchard G., PatzekT.W., Radke C.J. A physical explanation for flow electrification in low-conductivity liquids in contact with a corroding wall // IEEE Trans. Ind. Appl. 1996. Vol. 32. pp.1051-1057.
