Другие статьи

 


 

 

Pre-breakdown cavitation development in the dielectric fluid in the inhomogeneous, pulsed electric fields

 

Развитие процесса кавитации перед схлопыванием в жидком диэлектрике, помещенном в неоднородное пульсирующее электрическое поле

 

Mikhail N. Shneider, Mikhail Pekker

 

 

 

We consider the development of pre-breakdown cavitation nanopores appearing in the dielectric fluid under the influence of the electrostrictive stresses in the inhomogeneous pulsed electric field. It is shown that three characteristic regions can be distinguished near the needle electrode. In the first region, where the electric field gradient is greatest, the cavitation nanopores, occurring during the voltage nanosecond pulse, may grow to the size at which an electron accelerated by the field inside the pores can acquire enough energy for excitation and ionization of the liquid on the opposite pore wall, i.e., the breakdown conditions are satisfied. In the second region, the negative pressure caused by the electrostriction is large enough for the cavitation initiation (which can be registered by optical methods), but, during the voltage pulse, the pores do not reach the size at which the potential difference across their borders becomes sufficient for ionization or excitation of water molecules. And, in the third, the development of cavitation is impossible, due to an insufficient level of the negative pressure: in this area, the spontaneously occurring micropores do not grow and collapse under the influence of surface tension forces. This paper discusses the expansion dynamics of the cavitation pores and their most probable shape.

 

Рассмотрим протекание процесса возникновения кавитационных нанопор в жидком диэлектрике под воздействием электрострикционного стресса в в неоднородном пульсирующем электрическом поле. Покажем, что можно выделить в районе точечного электрода три характерные области. В первой области, где градиент электрического поля максимален, кавитационные нанопоры, образующиеся под действием наносекундного электрического импульса, способны вырасти до размера, при котором электрон, ускоренный полем и находящийся внутри нанопоры, может получить достаточно энергии для возбуждения и ионизации жидкости на стенке поры; таким образом достигается условие для ее схлопывания. Во второй области отрицательное давление, вызванное электрострикцией, достаточно велико для возникновения кавитации (которая регистрируется оптическим способом), но за время воздействия импульса поры не достигают размера, при котором разность потенциалов между их стенками достаточна для ионизации и возбуждения молекул воды. И в третьей области развитие кавитации невозможно по причине недостаточного уровня отрицательного давления: спонтанно образующиеся микропоры не успевают вырасти и схлопываются под действием поверхностного натяжения. В данной статье обсуждается подробная динамика кавитационных пор и их наиболее вероятная форма.

 

 

ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ