и газодинамике - Санкт-Петербургский государственный

Санкт - Петербургский государственный университет
Физический факультет
Рассмотрено и рекомендовано
на заседании кафедры
радиофизики
УТВЕРЖДАЮ
декан факультета
________________
С.Ф.Бурейко
Протокол от
Заведующий кафедрой
_____________________Н.Н.Зернов
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Дополнительные главы по электрогидро- и газодинамике»
для аспирантов дневной формы обучения физического факультета по научной
специальности 01.04.13 Электрофизика, электрофизические установки
Разработчики:
профессор, докор физ.-мат.наук _________________ Ю.К. Стишков
Рецензент:
профессор, докт.физ.-мат.наук _________________ А.Н. Ключарев
Санкт - Петербург - 2012 г.
1
АННОТАЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина
посвящена
углубленному
изучению
основных
электрогидродинамических процессов, протекающих в жидкостях при
воздействии на них сильных электрических полей. Курс начинается с анализа
классических задач гидродинамики: течений в трубах и обтекания тел. Затем
излагаются особенности течений с объемной нагрузкой: естественной
конвенкции, магнито- и электрогидродинамических течений. Изучение
структуры электрогидродинамических течений начинается с анализа
экспериментальных данных и методов компьютерного моделирования ЭГДтечений. Подробно исследуются процессы формирований ЭГД-течений при
различных мехенизмах зарядообразования-инжекционном и диссоационном.
Особое место в курсе занимает изучение свойств электрогидродинамических
течений в симметрчных электродных системах. Рассматривается значительное
число прикладных применений изучаемых явлений.
1.
Организационно-методический раздел
1.1. Цель изучения дисциплины: Ознакомление аспирантов с
современными проблемами электрогидродинамики жидкостей и
газов.
1.2.
Задачи
курса:
Изучение
основных
свойств
электрогидродинамических
течений
исследованных
экспериментальными методами и при помощи современных
приемов компьютерного моделирования.
1.3.
Требования
к
уровню
освоения
содержания
дисциплины:
–
–
–
знать содержание дисциплины «Физические процессы в
жидкостях и газах при воздействии сильных электрических
полей»;
уметь грамотно формулировать и решать конкретные задачи из
данного раздела физики;
иметь достаточно полное представление о возможностях
применения ее разделов в различных прикладных задачах.
2. Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего,
промежуточного и итогового контроля
–
Всего
часов
Виды учебной работы
Общая трудоемкость
дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Семестры
1–й год
2–й год
аспирантуры аспирантуры
I
II
III
IV
45
36
24
2
18
12
18
12
Лабораторные работы и
практические занятия (ЛР и ПЗ)
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачет,
экзамен)
–
3.
3.1.
12
6
6
9
экзаме
н
Содержание дисциплины
Темы дисциплин, их краткое содержание и виды занятий
1. Основы гидро- и газодинамики.
Строение газов, основные газовые законы. Межмолекулярное
взаимодействие в жидкостях и его влияние на основные механизмы
переноса. Квазикристаллическое строение жидкостей.
Система
уравнений гидро- и газодинамики. Граничные условия. Безразмерные
параметры. Основные задачи классической гидро- и газодинамики:
затопленная струя, течения в трубах, обтекание тел. Лекции – 2 часа.
2. Основные задачи гидро- и газодинамики с объемной силовой
нагрузкой:
задачи
естественной
конвекции,
магнитной
и
электрогидродинамики. Методы компьютерного моделирования задач
гидродинамики. Лекции – 2 часа.
3. Особенности задач электрогидродинамики. Формирование объемного
заряда в жидкостях и газах при воздействии сильных электрических
полей. Лекции – 2 часа.
4. Методы исследования ЭГД-течений. Экспериментальные методы
исследования
классических
течений,
ЭГД-течений.
Методы
компьютерного моделирования классических течений и ЭГД-течений:
упрощенные и полные методы. Лекции – 4 часа, лабораторные занятия –
6 часов.
5. Основные свойства ЭГД-течений.
Исследование процессов формирования ЭГД-течений при слабой и
сильной
инжекции.
Амперсекундные
харатеристики
ЭГДтечений.Основные свойства ЭГД-течений, зонная структура при слабой
и сильной инжекции в непроводящую жидкость. Особенности структуры
ЭГД-течений в симметричной системе электродов: встречные течения,
сквозное
течение,
течение,
ограниченное
зарядовой
пробкой.Особенности структуры сквозного Э ГД-течения при инжекции
в слабопроводящую жидкость. Лекции – 6 часов, лабораторные занятия –
6 часов.
6. Силовая и зонная структуры ЭГД-течений при инжекции в
слабопроводящую жидкость. Диссоциационно-рекомбинационные слои
в инжекционной модели. Роль ЭГД-течений в электрической
3
проводимости жидких диэлектриков, конвективный механизм
электрической проводимости и его влияние на вольтамперную
характеристику, динамические вольтамперные хпрактеристики.10.
Интегральные энергетические характеристики ЭГД-течений. Лекции – 2
часа.
7. Особенности ЭГД-течений, обусловленных эффектом Вина.
Сравнение процессов формирования ЭГД-течений при слабой и сильной
инжекциях и при диссоциационном механизме зарядообразования.
Лекции – 2 часа.
8. Применение методик моделирования ЭГД-течений при инжекционном
и
диссоциационном
механизме
зарядообразования
в
сильнонеоднородном поле для расчёта ЭГД устройств и технологий.
Лекции – 4 часа.
3.2 Список вопросов к экзамену:
3.1 Квазикристаллическая структура жидкости. Межмолекулярные
силы и их природа.
3.2 Описать систему уравнений гидродинамики. Граничные условия.
Особенности течений в трубах и структура течений при обтекания тел.
3.3 Каковы особенности течений с объемной силовой нагрузкой:
естественной конвекции, магнитогидродинамических течений,
электрогидродинамических течений.
3.4. Описать систему уравнений элетрогидродинамики. Каковы
методы компьютерного моделирования ЭГД-течений.
3.5. Описать методы экспериментального исследования течений жидкости,
особенности исследования ЭГД-течений.
3.6. Каковы основные свойства ЭГД-течений. Описать кинематичес
кую зонную структуру и ее связь с силовой структурой течения.
3.7. Каковы особенности структуры ЭГД-течений в симметричной системе
электродов: встречные течения, сквозное течение,
течения ограниченные зарядовой пробкой.
3.8. Интегральные характеристики ЭГД-течений. Конвективный механизм
переноса заряда и его роль в механизме высоковольтной проводимости.
3.9. Описать процессы формирования зарядовой и кинематической
структуры ЭГД-течений при подаче ступеньки напряжения.
3.10. Описать взаимосвязь формы амперсекундной характеристики с
процессами транспортировки заряда в объеме жидкости.
3.11. Каковы структурные особенности ЭГД-течений, обусловленных
эффектом Вина.
3.12. Каковы особенности применения методики компьютерного
моделирования ЭГД-течений для расчета электрогидродинамических
насосов.
4
4. Учебно-методическое обеспечение курса
4.1. Активные методы обучения
В данном курсе используются аудиторные методы с использованием
мультимедийной
аппаратуры
и
лабораторные
занятия
на
экспериментальных установках лаборатории «Электрофизики».
4.2. Литература
Основная литература:
1.Остроумов
Г.А.
Взаимодействие
электрических
и
гидродинамических полей. М.: Наука,1979. 319 с.
2. Бортник М.М. Верещагин И.П. и др. Электрофизические основы
техники высоких напряжений. Учебник для ВУЗов. М.:
Энергоатомиздат, 1993. 542 с.
3. Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики
жидкостей. Сборники докладов 1-10 Международных конференций.
Г. С-Петербург.
7.Адамчевский
И.
Электрическая
проводимость
жидких
диэлектриков. Энергия, 1972. 319с.
8. А.В.Самусенко, Ю.К.Стишков Электрофизические процессы в
газах при воздействии сильных электрических полей. —Учебнометодическое пособие, Отдел оперативной полиграфии химического
факультета СПбГУ, 2012. — 649 С.
9. Стишков Ю.К., Остапенко А.А. Электрогидродинамические
течения в жидких диэлектриках. Изд-во ЛГУ, 1989.
10. Стишков Ю.К. Чирков В.А. Электрофизические процессы в
жидкостях при воздействии сильных электрических полей, Учебнометодическое пособие, Электронный вариант, сайт noc.pmf.ru.
Дополнительная литература:
11. Жакин, А. И. Расчет ЭГД-теплообменника / А. И. Жакин,
А. Е. Кузько // Сборник докладов IX Международной научной
конференции
«Современные
проблемы
электрофизики
и
электрогидродинамики жидкостей». — Санкт-Петербург (Россия),
2009. — С. 302–305.
12. Жакин, А. И. Электрогидродинамика / А. И. Жакин // Успехи
физических наук. — 2012. — Т. 182. — № 5. — С. 495–520.
13. Ван-Дайк, М. Альбом течений жидкости и газа / М. Ван-Дайк. ––
М. : Мир, 1986. — 184 с.
14. Гогосов В. В. Электродинамика : задачи и приложения, основные
уравнения, разрывные решения / В. В. Гогосов, В. А. Полянский //
5
Итоги науки и техники. Механика жидкости и газа. — 1976. —
Т. 10. — С. 5–72.
15. Apfelbaum, M. S. One model of electric conduction and electric field
distributions in a liquid insulator / M. S. Apfelbaum, E. M. Apfelbaum //
J. Electrostatics. — 2001. — Vol. 50. — № 2. –– P. 129–142.
16. Гросу, Ф. П. О биполярных структурах объемного заряда в
слабопроводящей диэлектрической жидкости во внешнем
электростатическом поле / Ф. П. Гросу, М. К. Болога // Электронная
обработка материалов. — 2007. — Т. 43. — № 1. — С. 47–51.
17. Гросу, Ф. П. Структура объемного заряда в слабопроводящей
жидкости в плоском конденсаторе / Ф. П. Гросу, М. К. Болога //
Электронная обработка материалов. — 2007. — Т. 43. — № 4. —
С. 28–33.
18. Ушаков, В. Я. Пробой жидкостей при импульсном напряжении /
В. Я. Ушаков, В. Ф. Климкин, С. М. Коробейников, В. В. Лопатин.
— Томск : Изд-во НТЛ, 2005. — 488 с.
19. Стишков Ю.К., Павлейно М.А. Компьютерная обработка
экспериментов в электрогидродинамике. Учебно-методическое
пособие для студентов физического факультета, Из-во СПбГУ, 2000,
17/ 8 стр. ( в соавторстве с М. А. Павлейно)
20.
Стишков
Ю.К.
Численные
методы
моделирования
электрогидродинамических
процессов
Учебно-методическое
пособие для студентов физического факультета, Из-во СПбГУ, 2000,
21 стр.
21. Ашихмин, И. А. Структурные особенности ЭГД-течений в
симметричной системе электродов типа провод–провод /
И. А. Ашихмин, Ю. К. Стишков // Электронная обработка
материалов. — 2009. — Т. 45. — № 6. — С. 42–51.
22. Ашихмин, И.А. Моделирование динамической вольтамперной
характеристики в симметричной системе электродов в канале с
низкопроводящей жидкостью / И. А. Ашихмин, Ю. К. Стишков //
Сборник докладов X Международной научной конференции
«Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики
жидкостей». — Санкт-Петербург (Россия), 2012. — С. 144–146.
23. Ашихмин, И.А. Влияние стенок из изолирующего материала
на
структуру
электродинамических
течений
в
канале /И. А. Ашихмин, Ю. К. Стишков // Журнал технической
физики. — 2012. — Т. 82. — № 9. — С. 1–7.
6
24.Ашихмин, И.А. Электрогидродинамические преобразователи
инжекционного типа / И. А. Ашихмин, Ю. К. Стишков //
Электронная обработка материалов. — 2012. — Т. 48.
25.Стишков, Ю. К. Моделирование вольтамперной характеристики
диэлектрических жидкостей до и после порога возникновения
ЭГД течений / Ю. К. Стишков, В. А. Чирков // Сборник трудов III
всероссийской научной конференции «Физико-химические и
прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем». —
Ставрополь (Россия), 2011.
26.Стишков, Ю. К. Моделирование нестационарных ЭГД-течений в
системе электродов провод-плоскость / Ю. К. Стишков,
В. Л. Дерновский,
А. А. Статуя //
Электронная
обработка
материалов. — 2007. — Т. 43. — № 3. — С. 36–41.
27.Стишков, Ю. К.
Моделирование
нестационарных
электрогидродинамических течений в симметричной системе
электродов типа провод–провод / Ю. К. Стишков, И. А. Елагин //
Журнал технической физики. — 2005. — Т. 75. — № 9. — С. 15–
19.
28.Стишков, Ю. К.
Особенности
конвективного
механизма
высоковольтной проводимости в системе игла-плоскость /
Ю. К. Стишков, В. А. Чирков // Сборник докладов IX
Международной научной конференции «Современные проблемы
электрофизики и электрогидродинамики жидкостей». — СанктПетербург (Россия), 2009. — С. 71–76.
29.Стишков, Ю. К.
Особенности
работы
ЭГД-насоса
диссоциационного типа в сильнонеоднородных электрических
полях / Ю. К. Стишков, В. А. Чирков, А. В. Агеев // Сборник
статей тринадцатой международной научно-практической
конференции «Фундаментальные и прикладные исследования,
разработка и применение высоких технологий в промышленности
и экономике». — Санкт-Петербург (Россия), 2012. — T. 2.–– Ч.
1.— С. 182–186.
30.Стишков, Ю. К. Динамические вольтамперные характеристики
слабопроводящих
жидкостей
в
сильнонеоднородных
электрических полях / Ю. К. Стишков, В. А. Чирков // Сборник
докладов
X
Международной
научной
конференции
«Современные
проблемы
электрофизики
и
7
электрогидродинамики
жидкостей».
(Россия), 2012. — С. 164–167.
8
—
Санкт-Петербург