О НИР "Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями" по теме "Теоретические и экспериментальные исследования свойств и течений слабопроводящих и намагничивающихся дисперсных сред в электромагнитных полях" (заключительный)

Проведен анализ применяемых в современной электрогидродинамике слабопроводящих сред эффективных математических моделей, степень сложности которых определяется учитываемыми механизмами электризации среды. Описаны и проанализированы несколько различных механизмов электризации. Показано, что один из механизмов, связанный с непосредственным воздействием поля на объемную скорость ионизации, может быть применен для разработки зондового метода диагностики электронного возбуждения молекул высокотемпературной газовой смеси атмосферного давления (типа продуктов горения углеводородов). Исследован механизм образования объемного электрического заряда в жидких средах при их течении в каналах микро- и наноразмеров, используемых в различных устройствах в биотехнологии, фармацевтике и диагностической медицине. Наличие объемного заряда позволяет с помощью приложенного продольного электрического поля управлять движением таких сред в тонких каналах. В частности, без больших трудностей реализуется возможность перемещения жидкости из одного микрообъема в другой, перемешивания двух разных жидкостей в микроразмерном канале и т.п. Использование перепада давления для этих целей практически неосуществимо. Построена модель структуры межфазного слоя на границе раздела слабых растворов намагничивающегося поверхностно-активного вещества (НПАВ) в обычных несжимаемых жидкостях во внешнем магнитном поле. Внутри межфазного слоя учтена зависимость энергии от концентраций и их градиентов. Показано, что адсорбция НПАВ на границе раздела приводит к анизотропии и существенной зависимости поверхностного натяжения от напряженности магнитного поля при полях порядка 1 Тл. Определены в изотермическом приближении динамические условия на границе раздела фаз в жидкостях, учитывающие зависимость поверхностной энергии от потока массы через межфазную границу; критерий устойчивости фронтов фазовых переходов с плоскими волнами относительно малых возмущений. Вычислена зависимость поверхностного натяжения от потока массы для известного точного решения задачи о структуре изотермического фазового перехода в рамках обобщенной модели Ван-дер-Ваальса. Исследована задача о вычислении эффективной вязкости для слабоконцентрированной суспензии сферических частиц из жесткого ферромагнетика в сильном переменном магнитном поле. Показано, что возможны два вида временного усреднения: усреднение тензора касательных напряжений среды и поля или усреднение вязкой диссипации. В 1-м случае рост величины магнитного поля уменьшает эффективную вязкость суспензии при частотах, больших по сравнению с завихренностью среды, во 2-м - увеличивает. Для изучения устойчивости установившегося электровращения сферической капли вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости в постоянном электрическом поле проведено аналитическое исследование нестационарного вращения в следующих условиях. Сферическая капля вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости взвешена в другой, несмешивающейся с ней, вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости. Учтено влияние поверхностных электротоков на границе раздела жидкостей. Отношение вязкости окружающей жидкости к вязкости капли считалось достаточно малым и использовано при решении как малый параметр. Изучено нестационарное изменение формы капли. Выведены соотношения для электрического потенциала, скорости и давления в виде рядов с зависящими от времени векторными и тензорными коэффициентами. Полученные результаты позволили провести исследование устойчивости найденных ранее стационарных решений. Установлено, что в определенных условиях, кроме известного стационарного решения без электровращения, существует множество стационарных решений с электровращением, определенных с точностью до направления вектора угловой скорости вращения, перпендикулярного вектору напряженности приложенного поля. При этом если выполняются условия существования решений с электровращением, то решения с электровращением являются устойчивыми, а решения без электровращения - неустойчивыми. Если же условия существования решений с электровращением не выполняются, то решение без электровращения является устойчивым. Теоретически и экспериментально изучена форма капли магнитной жидкости, погруженной в масло, в периодическом электрическом поле. Экспериментально показано, что деформация капли может не соответствовать хорошо известной теории. Предложена двухслойная модель капли, расчеты по которой хорошо соответствуют полученным экспериментальным данным.