مطالعه عددی شکل‌گیری پروفیل مایع در خروجی روزنه موئین تحت تاثیر پتانسیل الکتریکی

Abstract

الکترواسپری شاخه‌ای از حوزه‌ی علمی الکتروهیدرودینامیک محسوب می‌شود که بر باردارسازی الکتریکی مایعات استوار است. معادلات حاکم بر فرآیند الکترواسپری ترکیبی از معادلات هیدرودینامیک و الکترواستاتیک است که ورود معادلاتِ گسست مایع به آن مجموعه بر پیچیدگی آنها می‌افزاید. در این تحقیق با تدوین یک حل‌گر الکترواسپری به شبیه‌سازی فرآیند الکترواسپری در حالت گذرا مبادرت شده است. این شبیه‌سازی بر روی پیکربندی اِمیتر (روزنه موئین)- دیسک برای مایع رسانای الکتریکی هپتان در مقادیر مختلف پتانسیل الکتریکی صورت گرفته است. در این راستا، علاوه بر ارزیابیِ تواناییِ حل‌گر ایجاد شده در شبیه‌سازی فرآیند الکترواسپری (اعتبارسنجی و صحه‌گذاری نتایج با سایر نتایج تجربی و عددی)، تاثیر پتانسیل الکتریکی بر چگونگی شکل‌گیری فرآیند الکترواسپری مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق نتایج شبیه‌سازی، افزایش پتانسیل الکتریکی از سطح کمّی 3500V به 6500V به وضوح شکل‌گیری مودهای مختلفی از الکترواسپری را به نمایش می‌گذارد. این مودها به ترتیب حالت‌های میکروچکیدن، دوکی‌، مخروط- جتِ تناوبی و مخروط- جتِ پایدار را در بر می‌گیرند. نتایج همچنین نشان می‌دهند که جریانی گردابه‌یی در داخل مخروط مایع در خروج از اِمیتر شکل می‌گیرد که ابعاد آن با افزایش پتانسیل الکتریکی کاهش می‌یابد. هر چند ازدیاد پتانسیل الکتریکی با تقویت باردارسازی الکتریکی موجب افزایش بیشینه‌ی مقادیر میدان الکتریکی و سرعت مایع می‌شود ولی در عین حال تجمع بار الکتریکی در تمامی حالات و مستقل از سطح کمّی پتانسیل الکتریکی در سطح محیطی جریان مایع که موید رسانایی الکتریکی آن است، به وقوع می‌پیوندد.