Электроконвекция слабопроводящей жидкости в переменном электрическом поле
Автор: Олег Олегович Некрасов
Соавторы: Борис Леонидович Смородин
Организация: Пермский государственный национальный исследовательский университет

Рис. Слева направо: распределение температуры, отклонения заряда от равновесных значений и функции тока в слабоинтенсивном режиме.
Проблема эффективного управления течениями и контроля связанного с ними тепло- и массопреноса актуальна в последнее время с точки зрения создания датчиков, например, для анализа состояния окружающей среды. Использование переменных внешних полей может привести к модификации границ конвективной неустойчивости, нелинейных режимов течения сплошной среды и к возможности по характеру течений делать выводы о свойствах среды.
Электрогидродинамика изучает поведение жидкостей, обладающих низкой проводимостью, находящихся под действием силы Кулона или диэлектрофоретической силы со стороны электрического поля. В докладе рассматривается электрокондуктивный механизм возникновения конвекции, при котором свободный заряд образуется в жидкости за счет зависимости электрической проводимости жидкости от температуры.
Вязкая несжимаемая жидкость заполняет плоский горизонтальный конденсатор с переменным напряжением на одной из обкладок и нагревается сверху. Взаимодействие термогравитационного и электрокондуктивного механизмов конвекции приводит к мягкому возникновению колебательной неустойчивости и богатой бифуркационной диаграмме режимов течения жидкости. Электроконвективные течения изучены на основе применения метода Галеркина с большим набором базисных функций. Рассматриваются двумерные разложения в ряд Фурье с различной четностью, определяемой системой физических уравнений (максимальное число мод для температуры и заряда – 12, для функции тока – 9). Проанализирована последовательность смены колебательных электроконвективных режимов течения и переходов к хаотическим колебаниям. Исследованы характеристики хаотических колебательных течений.
При нелинейном счете обнаружены низко- и высокоинтенсивные синхронные режимы колебаний, квазипериодические колебания со сложным пространственным распределением температуры и заряда (см Рис.) и динамический хаос. При этом возможно сосуществование синхронных и хаотических колебаний, переход между которыми осуществляется гистерезисным образом
Начиная с Э. Лоренца, применяются маломодовые модели конвекции с минимальным набором пространственных гармоник [1,2]. В результате сравнения результатов, полученных для разных наборов базисных функций, проверена возможность использования маломодовой модели Лоренца для описания колебательного электроконвективного течения.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-21-20108, https://rscf.ru/project/25-21-20108/ при финансовой поддержке Пермского края.
1. Lorenz, E. N. Deterministic Nonperiodic Flow // Journal of Atmospheric Sciences. — Boston MA, USA, 1963. Vol. 20, no. 2. P. 130—141.
2. Некрасов О.О., Картавых Н.Н. Нелинейные колебания слабопроводящей жидкости в переменном электрическом поле в рамках маломодового приближения // ЖЭТФ. 2024. Т. 165. № 6. С. 848-856.