Динамика жидкостей со свободной поверхностью в электрическом поле; формирование и распад струй (Промежуточный за 2018 г.)

Найдено однопараметрическое семейство точных решений задачи о равновесных конфигурациях свободной поверхности проводящей капиллярной жидкости, помещенной во внешнее электрическое поле, с учетом конечности межэлектродного расстояния. Согласно полученным решениям, жидкость принимает форму лезвия. Подобная конфигурация обеспечивает формально неограниченное локальное усиление поля: на кромке лезвия напряженность поля максимальна, а на периферии спадает до нуля. Продолжено исследование расплескивания расплавленного металла под давлением плазмы из микрократеров, образующихся в катодном пятне горящей вакуумной дуги. Предложен новый подход к определению пороговых условий образования жидкометаллических струй на основе сравнения скорости истечения жидкости из формирующихся кратеров и скорости Тейлора - Калика возвратного движения кромки слоя выплескивающейся жидкости под действием капиллярных сил. В рамках этого подхода рассчитаны основные пространственные и временные параметры процесса формирования струй. Осуществлено численное моделирование динамики свободной поверхности идеальной несжимаемой диэлектрической жидкости со значительной проницаемостью в сильном горизонтальном электрическом поле. Показано, что при взаимодействии встречных периодических волн значительной амплитуды реализуется прямой энергетический каскад, приводящий к переходу энергии в возмущения малых масштабов. Вследствие этого на поверхности жидкости формируются области с крутым волновым фронтом, в которых динамическое давление и давление электрического поля претерпевают разрыв. Продолжено аналитическое исследование нелинейной динамики поверхности раздела диэлектрических жидкостей при наличии тангенциального электрического поля. Найдены точные решения уравнений движения, описывающие эволюцию пространственно локализованных, а также периодических возмущений границы. Оба класса решений демонстрируют тенденцию к формированию сильных особенностей - разрывов границы с формально бесконечной амплитудой. Теоретически изучены процессы ионизации с участием убегающих электронов в газовом диоде с резко неоднородным электрическим полем, определяемым геометрией электродов. С использованием точных аналитических решений уравнения движения убегающих электронов определено число актов ионизации, вызванных убегающими электронами на пути от катода к аноду. Это позволило оценить время формирования разряда в условиях субнаносекундного импульсного пробоя газа (атмосферного воздуха). В результате исследования динамики жидкостей в электрическом поле разработаны новые методы описания течения жидкостей со свободной поверхностью, которые оказались эффективными для анализа ряда задач. Удалось описать нелинейные стадии развития квантовой неустойчивости Кельвина - Гельмгольца, которой подвержена свободная поверхность гелия-II при относительном движении сверхтекучей и нормальной компонент. Дано описание формирования различного рода особенностей (пузырей, капель, точек заострения) на поверхности классической жидкости при ее инерционном движении.