Электрогидродинамическая неустойчивость и разрушение сферических слоев жидкости на поверхности мокрого града тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

р Г 8

1 5 FIAR ШЗЫОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи.

ДОРОШЕНКО Дмитрий Николаевич

ЭЛЕХТРОГИДРОДИНАЫИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ Я РАЗРУШЕНИЕ ОФЕРИЧЕСКИХ СЛОЕВ ЖИДКОСТИ« НА ПОВЕРХНОСТИ МОКРОГО ГРАДА

Специальность 01.04 Л4 - "Теплофизика а молекулярная физика"

Автореферат диссертации па соискание ученой степени хаддвдата физико-математических наук

!J О С К В А

-19 9 3

Работа выполнена в Ярославском государственном университете и Московском энергетическом институте

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Синкевнч O.A.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Гайдуков H.H. кандидат физико-математических наук, вно ' Бычков В.Л.

Ведущая организация - Высокогорный геофизический институт.

Защита диссертации состоится " £ т апреля 1993 года в /6 часов на заседании Специализированного Совета К II3.II.10 в Московском педагогическом университете (107005, Москва, ул.Радао, д. 10а).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского педагогического университета.

Автореферат разослан " "_1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета профессор

Б а о л. а ч е в D. А.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. К настоящему времени собрано значительное количество эмпирических данных в области атмосферных явления и, в частности, явлений, связанных с грозовой и градовой активностью мощных кучевых облаков. Предпринимаются попытки классификации этих данных и построения теорий грозо- и градообразования, грозового электричества с целью как более полного понимания атмосферных физических процессов, так и возможного прогнозирования гроз и градовых осадков, зачастую связанных с нанесением весьма ощутимого материального ущерба. Однако вопросы, связанные с физикой образования грозового электричества, генерации и регенерации облачных электрических диполей, а также градообразования до сих пор остаются открытыми. Имеющиеся теоретические модели, за редким исключением, не связывают грозовое электричество с наличием в облаках мокрого града и, как правило, ограничиваются рассмотрением либо только электрических, либо только гидроаэродинамических аспектов поведения облачных частиц. Несмотря на обилие экспериментальных данных касательно поведения отдельных капель и градин в грозовых условиях, а также данных натурных 'наблюдений, подтверждающих существование двусторонней связи между электрической активностью грозовых облаков и содержанием и поведением в них града, теоретические исследования электрогидродинамики града в грозовых облаках практически отсутствуют. В этой связи представляется весьма актуальным совместное, электро- и гидродина"ическое изучение поведения крупных обводненныых градин, падающих в грозовых облаках, и, в частности, механизма генерации электрических зарядов в результате реализации электрогидродинамической неустойчивости жидких оболочек мокрых градин.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. В задачу диссертационной работы входило:

1. Нахождение критических условий возникновения электрогидродинамической (ЭГД) неустойчивости жидкого слоя произвольной толщины на поверхности твердого сферического ядра.

2. Определение параметров распада жидкого слоя ва поверхности твердого ядра в результате его ЭГД-неустойчивости.

3. Выяснение физических закономерностей и характера перехода жидкого слоя от устойчивости к неустойчивости.

4. Усовершенствование теоретической модели, описывающей процесс таяния града при падения в атмосфере.

5. Разработка механизма генерации грозового электричества, основанного на эффектах коллективного взаимодействия и ЭГД-неустойчивости облачных гидрометеоров.

НАУЧНАЯ'НОВИЗНА РАБОТЫ. В тгиссертационной работе впервые теория устойчивости жидких систем была применена к слоям жидкости, покрыва-

пцим твердое ядро. Полученные результаты отлетаются от таковых для сплошной каши жидкости. Исследована парамотрическая неустойчивость покрыващвго твердое ядро слоя жидкости, при атом учтено влияние на устойчивость слоя расклинивающего давления. Предложен новый механизм электризации грозовых облаков за сравнительно небольшие промежутки времени, учитывающий коллективный характер взаимодействия облачных частиц, который может выступать в качестве пускового при генерации облачных электрических диполей. Проведен качественный теоретический расчет скорости роста облачного электрического поля при действии указанного механизма, результаты которого хорошо согласуются с данными натурных наблюдений. Получен критерий перехода электрогидродинамической двухфазной сферической системы от устойчивости к неустойчивости. Предложен новый механизм таяния града в условиях грозового облака, когда гидрометеоры заряжены и находятся во внешнем электрическом поле, учитывающий периодический сброс жидкости в процессе таяния и связывающий таяние с развитием в жидком слое ЭГД-неустойчи-вости. Проведенное исследование позволяет объяснить ряд физических закономерносте. процессов в грозовых облаках, связывая их с поводе- . нием тающего или мокрорастуцего града, в частности, с разрушением жидких оболочек мокрых, -градин, а .также с сильной устойчивостью топких переохлажденных пленок на поверхности ледяных частиц.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается в выяснении физических закономерностей поведения жидких слоев на поверхностях конечной постоянной кривизны в поле сил электрической, диссипативной и флуктуа-ционной природы, что позволяет использовать ее как в различных областях физики (физика грозы, теория грозового электричества, физика града, физика низкотемпературной плазмы продуктов сгорания твердых тошшв, где частицы твердого топлива покрыты слоем окисла или расплава и т.д.), так и при разработке новых технологий и технических устройств, использупдих ЭГД-неустойчивость жидких слоев или явление электродиспергирования жидкости (борьба с градобитиями, повышение экономичности установок для сжигания твердых топлив,. разработка хид-кометоллических источников иовов, ионных коллоидных ж эактивных двигателей, жидкостных масс-спектрометров, устройств алектрокаплеструЕ-ной печати, практика распыления лакокрасочных материалов к т.д.). Части работы, связанные с определением параметров электродиспергирования жидкого слоя, выполнялись по хоздоговс ной тематике.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации докладывались и обсуждались:

- на VIII Всесоюзной конференции по поверхностным силам ((¿оосез, 1985);

- на Всесоюзных семинарах по активным воздействиям на градовые процессы (Нальчик,1987,1989);

- на II Всесоюзной конференции по активным воздействиям на процессы в грозовых облаках (Киев, 1988);

- на XV Всесоюзной конференции по вопросам физики аэродисперсных систем (Одесса, 1989);

- на IV Всесоюзном симпозиуме по атмосферному электричеству (Нальчик, 1990); .

- на Всероссийской конференции по малоизученным формам естественных электрических разрядов в атмосфере (Ярославль,1992);

- на IX Международной конференции по атмосферному электричеству (С.-Петербург, 1992).

ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. По теме диссертации опубликовано 7 статей, I отчет о НИР, 5 тезисов докладов на конференциях.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОШШ ДИССЕРТАЦИИ. На защиту выносятся:

1. Модель электрогидродинамической неустойчивости заряженного сферического слоя жидкости на поверхности твердого ядра во внешнем электрическом поле.

2. Модель таяния и электрогидродинамической неустойчивости крупной градины, падающей в условиях грозового облака.

3. Механизм генерации грозового электричества за счет разруше-. ния, вследствие ЭГД-неустойчивости, жидких слоев таяшя или мокрого роста на поверхности облачных ледяных частиц, электрически заряженных и находящихся во внешних электрических полях.

4. Критерий порехода ЭГД двухфазной сферической системы к неустойчивости.

5. Механизм параметрической раскачки электрогидродинамической неустойчивости капиллярных волн в слое жидкости.

6. Модель электродиспергирования жидкости из слоя на поверхности сферического ядра.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из Введения, трех Частей (пяти Глав), заключения, списка литературы (118 наименований) и 8 Приложений. Общий обем работы 136 страниц машинописного текста, 31 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ПЕРВАЯ ЧАСТЬ диссертация является литературным обзором, в котором: I) рассмотрены исследования структуры и термодинамических свойств воды и льда; 2) прослежена эволюция представлений об электрических свойствах льда; 3) проанализирован ряд экспериментальных исследований физических характеристик града; 4) критически обсуждены существующие теоретические модели генерации грозового электричества;

5) проанализированы основные теоретические и экспериментальные представления о поведении обводненных градин при падении в атмосфере;

6) проанализированы экспериментальные подтверждения обусловленности грозовых электрических явлений активностью облачных гидрометеоров.

D обзоре указано, что существующие теоретические и экспериментальные исследования, как правило, либо ориентированы на гидроаэро-динзмику облачных частиц, с игнорированием их электрических свойств и электрических свойств окружающий их среда, либо проводятся без учета специфических гидродинамических особенностей гидрометеоров, что не позволяет составить адекватную картину происходящих в грозах процессов, в частности, объяснить наблюдаемые времена восстановления . облачных электрических диполей после разряда линейной молнии, причи- ; пы выпадения или невыпадения градовых осадков, наблюдаемое распреде- ., ление зон пространственного заряда в грозовых облаках и т.д.

В обзоре отмечается также невнимание исследователей к теоретическому и экспериментальному изучению процесса электродиспергирования жидких слоев на твердых подложках щхэизвольной кривизны, особен- , но если учесть что эмиссия заряженных капель при этом начинается при значениях внешнего электрического поля, существенно меньших, чем для сплошных капель жидкости. В связи с этим , в частности, сделано предположение, что эмиссия в относительно слабых электрических полях заряженных капель из жидких оболочек крупного града. падащего в грозовом облаке, может служить причиной образования внутри облака объем-' них электрических зарядов, достаточных для лавинообразного, вызванного действием различных механизмов облачной электризации, нарастания облачного электрического поля.

ВО ВТОРОЙ ЧАСТИ диссертации проводится анализ условий устойчивости и неустойчивости жидких сферических слоев различной толщины при наличии постоянных и переменных во времени заряда слоя и внешнего электрического поля, а также расчет параметров электродиспергирования жидкого слоя.. В Главе I исследуются условия возникновения неустойчивости жидкого слоя R на поверхности твердого сферического ядра Rj при постоянных значениях заряда q слоя и внешнего электрического поля Е0. Первый параграф содержит общее описание теоретической модели и математическую постановку задачи по нахождению условий неустойчивости капиллярных волн, существующих в жидком слое в силу теплового движения молекул. Жидкость принимается идеа^„дой, невязкой, нетеплопроводной, несжимаемой и идеальнопроводящей. Внешняя среда - непроводящей, невязкой, не теплопроводной и несжимаемой, с диэлектрическое проницаемостью, равной I. Рассмотрение проводится в сферической еж-теме координат ( г, в, <р ) с началом в центре ядра, ця ср & const.

Пусть в жидком слое и окружающей среде существует потенциальное волновое движение бесконечно малой амплитуда с потенциалами скоростей Ф^ (3 = 1 внутри слоя, Л = 2 во внешней среде), приводящее к искажению поверхности жидкости г » И + £ , |£| << Л . Потенциалы Ф, , ©2 , а также Ф - потенциал электростатического поля вблизи поверхности слоя, являются гармоническими функциями, удовлетворяющими уравнению Лапласа:

ДФ^ = 0, ДФ » О' (1)

со следующими граничными условиями:

г - Й1« —1 - о

1 аг

г

г - Н + С»

а®, а®2 а»

аг аг аг а? а®

аг аг

а®, а®, о - р,— ♦ р,—2 - —р(2+Ь)£ + рв - О 'аг гех йг вл

сф = ч

р,- плотность жидкости, рг- плотность окружающей среда, Р8Л - элек-ростатическое давление на поверхность жидкости, согреваемое полем

Е = - вблизи этой поверхности, о - коэффициент поверхностного натяжения жидкости. 1 - оператор Лежандра, С - электроемкость капли. Потенциалы скоростей волнового движения представляются в виде разложения по полиномам Лежандра Рп:

®,(г,9,4> - I (Д^ + Впг-(п+1))Рпе"шг

п=г

(2)

Ог(г,ед) - I Впг'(п+1 )рпе-1иг

П-2

и - волновая частота, г - время, Ап, Вп и Вп - коэффициенты разложения. Анализ граничных условий уравнения (1) приводит к системе однородных линейных уравнений, имеющей диагональный вид:

н„-гКп,)+ нп-1кпг>+ кп3)] + нп+гкп5) - 0 <3>

-Мег

т п(п-1 )г(п-2)г(п+2)И (п-1)(п+2)(2п-3)МпУет/—

^ г7-т-т= ; к« ---Г-

<1^г(2п-1) (4п -4п-3) %

о) (п+ит+гкгп-ин ^Т/-

К-—

К(5)- - 9(п2"1)(п>2)3' П <1^/(2п+3 )г (4пг+12п+5)

12П+5) у У4п?-1

О2

р,к3

ш2:

4то(п-1)(п+2)

1 +п+пц

Р, п

+

(ип)(1-ц ) р. п+1

«1

4то(п+2)Е

3

- параметры Тейлора и Релвя соответственно, являющемуся системой алгебраических уравнений для нахождения коэффициентов Нп н опре- .! деления спектра собственных частот волнового движения в падком слое. ' Требуя обращения в ноль определителя системы (3), получим дисперсион- , ное уравнение относительно О2, определяющее спектр капиллярных волн £ = в слое при изменении ц, и «гв:

(^О2- к£»> К<4>

РзП2-

г(2 )

Г(5)

ги)

г(1>

К<2>

г(0

РдО2- к<3>

г<5>

г<*>

К<2>

(4)

При некоторых значениях ц , ит и часть из решений уравнения (4) могут перейти через ноль и стать отрицательными, что соответствует появлению мнимых частот шп и экспоненциально растущих со временем мод капиллярных волн, т.е. возникновр-шо неустойчи-

0

О

вости. Таким образом, условием возникновения неустойчивости является обращение в ноль свободного члена дисперсионного уравнения (3). Поскольку свободный член уравнения (3) зависит,- наряду с п.р,,рг,о,Я и, в общем случае, безразмерной толщины слоя ц (цвН^И),- тагаке и от электрических параметров Тейлора и Релея становится возможным определение критических условий возникновения электрогидродинамической неустойчивости в слое, вычисляя, в зависимости от выбранного приближения по п, определители соответствующих порядков и находя критические значения параметров задачи. Однако в приближении идеальной жидкости свободный член дисперсионного уравнения не зависит от параметра ц, а следовательно, критические условия неустойчивое™ слоя в этом случае не зависят от его толщины. Такая зависимость появляется при учете вязкости жидкости. В случае маловязкой жидкости, который рассматривается во втором параграфе, получено выражение для декремента затухания капиллярных волн в жидком слое на поверхности твердого ядра в виде

[ р?й7 1

1/4

где

¡с (ц) +

,2

Кп(ц)

£п(и>

(2п+1)г цпГп(пг-1)(п>2)(1-^п)1

5/4

(2п+1)

ЦО-ЦпН«+п+пцп1 <1-цп)(ипч-пцп)

(5)

1/4

т) - коаМициент динамической вязкости. При учете вязкости для возникновения неустойчивости перехода собственной частоты слоя через ноль недостаточно. Необходимо выполнение условия:

п 'п

С учетом (3) получены зависимости критических значений параметров Релея и Тейлора от значений ц, приведенные для основной моды (п=2) для воды на рис.1. Как видно, учет вязкости приводит, в отличие от идеальной жидкости, к росту критических значений V*, С

т. и

0.7

0.4

0.7

V*"0'6 '

О.Ь о У Рис.;

при прочих равных условиях, а также к появлению зависимости значений w* и w* от толщины слоя,- они возрастают с утоньшением жидкого слоя, т.е. с ростом параметра ц. Влияние наличия твердого ядра в капле на значения w^ и w* начинает сказываться при ц i> 0.5. В третьем параграфе рассмотрена устойчивость тонких сферических жидких пленок. Учтено появление в тонких пленках, при достижении ими толщин порядка 100 им, расклинивающего давления Ph. Для целей данного рассмотрения

_____~_____ _____________»___ й» ее*

наиболее существенной особенностью расклинивающего давления является его сильная зависимость от 1г, которая здесь принята такою же, как для флуктуационной составляющей а

T.R

Щ

К

а=10

"13

эрг

Качественный год критических зависимостей W* R(n) при WR т= const; а также производных OWj одинаков и для первых трех мод (п-2-4) проиллюстрирован, для идеальной жидкости, на рис.2; при увеличении кон-

0.5 ■

WT-(n-t)(n+2)WT/d^ WR«(n+2)WR

12

ñ m

III /II /// /// ///

/// //■/

❖ /

T.R .

-104

*

0.5 0.3 0.1

0.9990

0.9994

РИС.2

0.9998

ч

4

4

s

станты а зависимости становятся более крутыми. Видно, что при "вклю-Ч лши" расклинивающего давления критические значения И* к V?* зависят от толщины слоя даже в случае идеальной жидкости, свидельствуя о сильной устойчивости тонких жидких пленок на поверхности твердых ядер. Сильная устойчивость тонких переохлажденных водяных пленок на поверхности облачных ледяных частиц может служить причиной образования конгломератов частиц за счет их смерзания 1ГЩ неупругих соударениях, что объясняет также и появление градин с несколькими зародышами. В четвертом параграфе связь критических дл-я неустойчивости жидкого слоя параметров Тейлора

0.5

Ш-прибл. Ч°-{НЛ

1

г

Ит и Релея рассчитана в 10-м приближении (N=10) по номеру моды. Как видно из рис.3, более детальный, по сравнению с расчетами нулевого приближения, анализ соотношения критических параметров ** и И* расширяет область неустойчивости в пространстве параметров задачи. В ряде практических случаев требуется аналитическое выражение для расчета собственных частот слоя в малой области на границе устойчивости. Анализ дисперсионного уравнения (3) приводит к выражению

ча

где 0_»

ФЛ - ФА

(5)

*х"ят-

в„»

V

параметры надкритичности,

Ф„

РИС.4

(б)

(»-и

Фн+1-свободный член дисперсиошого уравнения, ^ ~ главных минорсз к-го порядка матрицы свободного члене,, к-номрр ггрио-

Ф„, Ф„ в зависимости от

лижения по п. Значения приведены на ри

для п=2. Сплошная линия соответствует значениям ®г> пунктирна» Пара,кривых I построена для Фх н____

' ' /

т, „ .. ,.т и параметре ц

4 (идеальная жидкость) и рис.5 (мсловязкая жидаость)

V

ц » 0.9, II - для ц « 0.99. Во второй Главе исследованы условия возн~лноввния параметрической неустойчивости жидкого слоя. В первом параграфе рассматриваются условия неустойчивости капиллярных волн в жидком слое, поддерживаемом в вакууме при периодически изменяющемся потенциале, во втором - условия неустойчивости слоя, находящегося во внешнем пе-

10

10е

10

О.:.

Рис.Ь

т

ременном электрическом поле. В данных случаях условие равенства давлений на поверхности жидкости приводит к уравнению Матье для несвязанных и связанных амплитуд различных мод волнового движения в жидком слое. Определена ширина области частот, при попадании в которую соб--ственной частоты пн»й моды колебаний слоя и частоты изменения потенциала слоя или внешнего электрического поля имеет место резонансное возбуждение ее неустойчивости. В приближении идеальной жидкости для неустойчивости слоя достаточно совпадения указанных частот в пределах резонансной зоны. Учет вязкости жидкости ведет как к сужению резонансных зон, так и к появлению порогового значения для амплитуды изменения электрического поля (потенциала) слоя.В случае переменного потенциала, при радиусе слоя I см, ц=0.8 критическое для резонансного возбуждения неустойчивости водяного слоя значение потенциала соответствует напряженности электрического поля вблизи его поверхности в 2.4Ч05 В/м. На рис.б приведена зависимость отношения релеевской частоты П^ и собственной частоты слоя от параметра ц (№2).

В третьей Главе рассчитаны параметры электродиспергирования жидкого слоя в случаях, когда на нем сосредоточен электрический заряд О, а также когда слой находится во внешнем электрическом поле Е0. .Расчет проведен на основе принципа экстремальности изменения свободной энер~. гик системы при выбросе жидким слоем И капельки г с зарядом я в результате развития его ЭГД-неустойчивости. Рассчитанные параметрические зависимости для п=2 представлены на рис.7,8 где обозначено

я (У я N П 1}

Хкг/и, ЕвУ/х3, ч*чгЕ0ъг, г-у/х3.

-г

В ТРЕТЬЕЙ ЧАСТИ представлены некоторые физические приложения задачи о ЭГД-нвустойчивости жидкого слоя на поверхности твердого 'дра, в частности, к вопросам теории грозового электричества. В качества объекта исследования рассматриваются жидкие слои, реализующиеся на поверхности облачных градин в результате их таяния или мокрого роста при падении в облаке. На основе известной теории таяния града Мейсо-на предложена модель таяния, учитывающая периодический сброс жидкости с поверхности градин в результате аэродинамической или электрогидродинамической неустойчивостей жидкой оболочки. Показано, что наличие периодического сброса значительно увеличивает время полного таяния частицы (рис.9 - поведение радиуса ледяного ядра при наличии периодического сброса в сравнении с зависимостью, полученной Мейсоном). Исследованы условия возникновения ЭГДК мокрой градины, рассчитаны значения параметра Тейлора-Ре-лея слоя IVTR в зависимости от времени таяния (от номера этапа таяйия). Однако отмечается, что рассмотрение отдельно взятой градины не позволяет связать поведение мокрого града с генера-цие.; грозового электричества вследствие довольно высоких,

I . t ^ II , III

по сравнению с наблюдаемыми, Рис.9

критических значений облачного электрического поля. В связи с этим, во втором параграфе предложен, в качестве пускового, механизм генерации облачных электрических диполей, учитывающий коллективный характер движения градин в грозовом облаке и не требующий для своей реализации больших величин напряженности облачного макрополя. Действие механизма основывается на возбуждении ЭГД-нвустойчивости в жидких слоях крупных (D ~ 2 см) Мь^рых градин в локальных флуктуациях облачного поля, обусловленных наличием вблизи рассматриваемых градин заряженных соседей. Проведенная оценка эффективности свидетельствует, что указанный механизм, обладающий положительной обратной связью, обеспечивает генерацию объемных зарядов в облаке и рост облачного электрического поля за наблюдаемые времена(~ 10 с) до значений, при которых становится возмогшим действие других известных механизмов облачной электризации, в частности, электризации за счет разрушения и коронирования жидких капель, частичек крупы, мокрых ледяных частиц и т.д. На рис.10 показаны зависимости величины облачного электрополя от времени, полученные для значений параметра ж * N|Q|IOa Кл/м3:10(1),50(2) и 100(3). Пунктиром

отмечен качественный ход данной зависимости при включении нескольких механизмов облачной электризации. При значительных концентрациях N облачных частиц предложенный механизм может выступать в качестве основного даже в отсутствие в облаке крупных градин. Аналитически зависимость получена в виде

Е - Е|

ioV'94t

Е, В/м

10е

В*

10a ю4

R=1 см 3

ZZZZZÍlyCL-

R-1.5 см / ^

'г

""i

10

РЕЗУЛЬТАТЫ и вывода

Рис.10

t.o

1. Предложена математическая модель электрогидродина*«ической неустойчивости системы "жидкая пленка-твердое ядро". В приближении идеальной ¡ и маловязкой жидкости рассчитаны зависимости критических значений за-' ряда слоя и внешнего электрического поля от параметров задачи, опре- . делящие условия неограниченного роста амплитуд капиллярных волн. Показано, что переход от потенциально неустойчивых к устойчивым слоям жидкости осуществляется при достижении ими толщин порядка 100 нм.

2. При исследовании толстых ( h » 100 нм) слоев жидкости на поверхности твердого сферического ядра установлено, что зависимость критических для возникновения неустойчивости слоя значений его заряда и внешнего электрического поля от величины h отсутствует для идеальной жидкости и появляется только при учете вязкости, что связано с зависимостью от h коэффициента затухания капиллярных волн. Однако то, что жидкие слои, находясь на поверхности твердых ядер, могут иметь внешний радиус, гораздо больший, чем гравитационно устойчивые жидкие капли, и, значит, требуют для своей неустойчивости значительно меньшие значения напряженности внешних электрических полей, чем капли, позволяет сделать вывод о существенном влиянии наличия в жидкой капле .ае- : рдого ядра на критические условия возникновения ЭГДН - даже в случае 1 идеальной жидкости. ;

3. Исследована устойчивость' тонких ( h и 100 нм) сферических пленок жидкости на поверхности твердого ядра в поле электростатических сил I и сил флуктуационной природы. Обнаружено резкое возрастание устойчи- ' вости таких слоев с их утоньшением, что вызвано влиянием расклинивающего давления, препятствующего развитию неустойчивости капиллярных волн. Это может приводить к образованию конгломератов, за счет смер-

зания, частиц, покрытых устойчивыми пленками жидкости при их неупругих соударениях в областях температур, близких к температуре кристаллизации жидкости, что позволяет объяснить данные натурных наблюдений.

4. В рамках моделей идеальной и маловязкой жидкости получен критерий перехода двухфазной ЭГД-системы от устойчивости к неустойчивости.

5. Исследована параметрическая неустойчивость заряженных слоев жидкости на поверхности твердых ядер и слоев жидкости во внешних переменных электрических полях я в поле сил флуктуационной природы. Установлено, что критические условия возникновения неустойчивости сферических слоев снижаются по сравнению с таковыми для сплошной капли, когда толщина слоя уменьшается. При дальнейшем утоньшении слоя в области толщин порядка 100 нм критические условия его неустойчивости значительно возрастают вследствие влияния расклинивающего давления. Полученные результаты могут быть применены к многочастичным динамическим системам, в которых частицы находятся в стохастически изменяющихся электрических условиях.

6. Рассчитаны параметры электродиспергирования жидкого заряженного слоя на поверхности твердого ядра и слоя во внешнем электрическом по-лё. Полученные результаты позволяют предложить физически аргументированное объяснение образованию в грозовых облаках зон пространственного заряда, достаточных для генерации облачных электрических диполей.

7. Предложена теоретическая модель плавления крупной ледяной частицы, учитывающая периодический сброс жидкости, образующейся в процессе таяния ледяной истицы при ее падении в' облачной среде. Для градин размером меньше критического (0.45 см), для которых сброса жидкости в воздушном потоке не происходит, полученные результаты хорошо согласуются с известным! экспериментальными и теоретическими данными. Показано, что сброс жидкости с поверхности крупной мокрой ледяной частицы v~ приводит к заметному увеличению времени ее полного таяния.

8. Рассчитаны критические условия развития гидродинамических нвустсй-чивостей кид-">го слоя на поверхности гидрометеора, падающего в реальном грозовом облаке, приводящих к его разрушению и образовании значительного количества высокодисперсных сильно заряяенннг, капель. Показано, что реализация ЭГДН слоев таяния на поверхности крупных лэдкных частйц возможна до аэродинамического сброса жидкости. Это позволяет также связать процессы интенсивного микроразделавля зерядог с шкнч-ми, более теплыми областями грозовых облаков.

9. С целью приближения к условиям в многочвстичннх ллврмичбсгак системах предложен в качестве пускового механизм генерации ойлйчж^ электрических диполей на основе микроразделения зарядов есуздотвис ЭГДН разрушения жидких слоев на поверхности крупных градин во флуктуациях

облачных электрических полей, обусловленных коллективными эффектами

взаимодействия облачных частиц. Оценка эффективности данного механизма показала его хорошое согласив с экспериментальными данными.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Т.Григорьев А.И., Дорошенко Д.Н. Влияние флуктуационных сил на ус -тойчивость заряженной пленки воды на поверхности ледяного ядра во внешнем электрическом поле.-Тезисы докладов viii конференции по поверхностным силам 3-5 декабря 1985.,М.,Наука, 1985.

2.Григорьев А.И., Дорошенко Д.Н. Об устойчивости заряженной жидкой капли с твердым сферическим ядром.-ЖГФ,1986,т.56,выпЛ1, с.2091. -

3.Григорьев А.И., Дорошенко Д.Н. Критические условия неустойчивости водяной пленки на поверхности неподвижной заряженной тещей градины во внешнем, электрическом поле.-К ,в.АН СССР.МЖГ, I987.H 1.C.I0.

•».Григорьев А.И., Дорошенко Д.Н. Параметрическая неустойчивость заряженной пленки жидкости на поверхности твердого сферического ядра.-Электронная обработка материалов, 1989,N б,с.37.

б.Григорьев А.И., Дорошенко Д.Н., Муничев М.И. Влияние пленок ПАВ на устойчивость обводненной градины в. условиях грозового облака.-Материалы II Всесоюзной конференции по активным воздействиям на процессы в грозовых облаках, ,К.,1988.

6.Григорьев А.И., Муничев М.И., Дорошенко Д.Н. Критические условия формирования в вакууме электрогидродинамическим способом капельно-кластерного пучка.-В сб.:Электрокаплеструйная технология в реализации программы "Интенсификация-90", Л., 1989, с.63.

7.Дорошенко Д.Н., Г ригорьев А.И. Устойчивость тонких пленок жидкости на поверхности ледяных частиц.-Тезисы докладов XV Всесоюзной конференции по вопросам физики аэродисперсных систем. Изд.ОГУ,Одесса,1989,с.145.

в.Дорошенко Д.Н., Елизарова Н.В. О режиме коронирования мокрых градин в электрически полях.-Тезисы докладов XV Всесоюзной конференции по вопросам физики аэродисперсных, систем. Изд.ОГУ,Одесса,19ё9,с.174.

Э.Дорошенко Д.Н., Синкевич О.А. Оценка границы области устойчивости жидкого слоя на поверхности сферического ядра в электрическом поле.-Изв.РАН.МЖГ,1992,N 3.C.I63. :