شبیه‌سازی عددی تغییرشکل و تجزیه قطره در میدان الکتریکی

Abstract

قطره‌ی مایع معلق در یک سیال دیگر در بسیاری از فرآیندهای طبیعی رخ می‌دهد. به کارگیری میدان الکتریکی چشم اندازی نوید بخشی را برای کنترل حرکت، تغییر شکل، تجزیه و هدایت قطره فراهم می‌کند. تحقیق حاضر به شبیه سازیِ پاسخ دینامیکی قطره‌ای معلق در سیالی دیگر، واقع در فضای میانِ دو الکترودِ رسانای دارای اختلاف پتانسیل الکتریکی می‌پردازد. در این راستا تاثیر پتانسیل الکتریکی، هدایت الکتریکی و گذردهی نسبی مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق نتایج، افزایش پتانسیل الکتریکی و نسبت هدایت الکتریکی روندی افزایشی را برای تغییر شکل قطره به دنبال دارند، در حالی که افزایش گذردهی نسبی روندی کاهشی-افزایشی را برای تغییر شکل قطره به نمایش می‌گذارد. بررسی الگوی جریان سیال در داخل قطره نشان می‌دهد که قرارگیری قطره در میدان الکتریکیِ خارجی ضمن ایجاد قطبیت الکتریکی در قطره موجب القای میدانی الکتریکی در داخل آن می‌شود که به پیدایش گردابه هایی در درون قطره منتهی می‌شود. بزرگی یا کوچکی هدایت الکتریکی و گذردهی الکتریکی نسبت به یکدیگر کاملا بر ناحیه‌ی تجمع بارهای الکتریکی در سطح قطره تاثیر می‌گذارند که این تعیین کننده‌ی جهت چرخش گردابه‌های درونی قطره می‌باشد. افزایش پتانسیل الکتریکی و به تبع آن تقویت شدت میدان الکتریکی با افزایش تجمع بار الکتریکی در سطح قطره زمینه‌ی تغییر شکل قطره و سپس تجزیه و شکست آن را فراهم می‌سازد. در این حالت قطبیدگی الکتریکی ضمن ایجاد کشیدگی در قطره باعث خروج جت و ساطع شدن ریز قطراتی از آن می‌شود که استمرار این فرآیند با تقلیل جرم در هسته ی قطره اصلی به استهلاک نهایی قطره منجر می‌شود.