Электрогидродинамическая неустойчивость и электродиспергирование жидкости (обзор)

Abstract

Электрогидродинамическая неустойчивость заряженной поверхности жидкости проявляется в неустойчивости сильно заряженной капли; неустойчивости заряженной капли в суперпозиции внешнего электростатического и гравитационного поля, а также в неустойчивости плоской заряженной поверхности электропроводной жидкости. Попытки экспериментальной проверки правильности выведенного теоретическими методами критерия электрогидродинамической неустойчивости сильно заряженной капли – критерия Рэлея, начавшиеся в середине прошлого века и продолжающиеся до настоящего времени, подтверждают его, но с некоторой погрешностью, не уменьшающейся с течением лет (с совершенствованием приборной базы), что указывает на принципиальность такой погрешности. В общем случае необходимость позиционирования капли подразумевает воздействие неких внешних полей, деформирующих каплю и тем самым влияющих на точность определяемого критерия Рэлея. Экспериментальное и численное исследование неустойчивости незаряженной капли во внешнем электростатическом поле – неустойчивости капли Тейлора указывает на ее качественное сходство с неустойчивостью заряженной капли Рэлея. Несколько особняком стоит электрогидродинамическая неустойчивость плоской поверхности жидкости – неустойчивость Тонкса–Френкеля, хорошо исследованная теоретически, но плохо – экспериментально, ввиду того что высокоскоростные кинокамеры относительно недавно вошли в научный обиход.

The electrohydrodynamic instability of the charged liquid surface manifests itself in the instability of a highly charged drop, the instability of charged drop in superposition of external electrostatic field and gravitational field, as well as the instability of flat charged surface of electroconductive liquid. Attempts to experimentally verify the correctness of the criterion of electrohydrodynamic instability of a highly charged drop, derived by theoretical methods a hundred and a half years ago, by the Rayleigh criterion, which began in the middle of the last century and continues to the present, confirm it, but with some error that does not decrease over the years (with the improvement of the instrument base), which indicates the principle of such an error. In general, the need to position the droplet implies the influence of certain external fields that deform the droplet and, thereby, affect the accuracy of the determined Rayleigh criterion. An experimental and numerical study of the instability of an uncharged drop in an external electrostatic field – Taylor drop instability shows its qualitative similarity to the instability of a charged Rayleigh drop. Somewhat apart is the electrohydrodynamic instability of the flat surface of the liquid, well studied theoretically, but poorly – experimentally, due to the fact that high-speed movie cameras have relatively recently entered scientific use – Tonks-Frenkel instability.