ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ КОНЦЕНТРАЦИОННОЙ СТРУИ ПРИ ЭЛЕКТРОФОРЕЗЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МИКРОЧАСТИЦЫ
Автор: Артём Александрович Крылов
Соавторы: Франц Е.А., Демехин Е.А.
Организация: Лаборатория электро- и гидродинамики микро- и наномасштабов Краснодарского филиала Финансового университета
Рис. 1. Слева схематическое представление образующейся концентрационной струи. Справа неустойчивое состояние концентрационной струи при параметрах задачи, указанных на рисунке.
В условиях значительных градиентов концентрации и внешнего электрического поля, ранее были обнаружены различные виды электрогидродинамических неустойчивостей, оказывающие влияние на поведение потока. В частности, неустойчивости, связанные с градиентами концентрации, могут значительно изменять структуру потока и его динамику, что имеет важные последствия для эффективности таких процессов, как смешивание и массоперенос, которые могут быть использованы в микрофлюидных технологиях.
В данном исследовании основной акцент сделан на анализе неустойчивости концентрационной струи при электрофорезе диэлектрической частицы, а также на изучении влияния сильных электрических полей на ее устойчивость.
В данной работе исследована неустойчивость концентрационной струи, формирующейся за сферической диэлектрической частицей в сильном электрическом поле. При высокой напряженности электрического поля в области набегающего потока жидкости возникает поверхностная проводимость, которая выносит один из сортов ионов в область за частицей. Далее в этой области происходит компенсация заряда противоположным сортом ионов, что в итоге привод к суммарному накоплению ионов обоих знаков за частицей. Таким образом формируется область со значительным градиентом концентрации, которая при определенных условиях может становиться неустойчивой. С увеличением внешнего электрического поля струя становится более узкой и неустойчивой, однако в задаче так же имеется зависимость от числа Дебая. Особенностью данной системы является околонулевое число Рейнольдса, при этом число Пекле может быть велико.
Численное моделирование полной нелинейной системы уравнений было выполнено для различных значений параметров. Пространственная неоднородность концентрации ионов вызывает неоднородность электрической проводимости, что приводит к возникновению кулоновских сил и, в конечном итоге, электродинамической неустойчивости. Были найдены критические параметры, при которых поток становится неустойчивым. Данный тип неустойчивости является абсолютным, поскольку возмущения распространяются не только вниз по потоку, но и распространяются в сторону поверхности частицы.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант 24-79-00129).
