1.10.3. Относительная потеря массы каплями в сильных электрических полях

В разделе 1.5 приведены сведения о влиянии сильных электрических полей на возникновение неустойчивости капли, в результате которой происходит выбрызгивание струек. Здесь будет рассмотрена потеря массы каплями как следствие выбрызгивания в зависимости от напряженности поля выше критической.

В экспериментах Зелени [591] было обнаружено, что с увеличением потенциала, прилагаемого к капилляру с каплей на конце, происходило увеличение интенсивности Струек, вырывающихся из поверхности воды. Количественные соотношения были впервые получены Мекки [411] при падении капель в горизонтальном электрическом поле в течение примерно 0,05 с.

Как следует из табл. 12, потеря массы возрастает с увеличением размеров капель и напряженности поля выше критической при коронном разряде. В случае искрового разряда потеря массы резко возрастает по сравнению с потерей при коронном. Вместе с тем потеря массы с положительно поляризованного конца капли значительно превышает потерю с отрицательно поляризованного конца. Доусон [278] объяснил это явление воздействием коронного разряда, который происходит одновременно с выбросом струйки. Коронный разряд слабо влияет на выброс с положительного полюса и сильно — на выброс с отрицательного.

Более полные и тщательные исследования были выполнены Леземом [375]. Он определил потерю массы каплями как функцию напряженности поля (рис. 29) и времени экспозиции (рис. 30).

Таблица 12 (см. скан) Потеря массы каплями при разрушении в горизонтальном электрическом поле. По Мекки [411]

При экспозиции 0,2 с потеря массы каплей радиусом 1,91 мм начинается при критической напряженности около и быстро увеличивается с увеличением напряженности, достигая при первоначальной массы. Если время экспозиции меньше потеря массы такой каплей даже при напряженности поля не наблюдается.

Рис. 29. Зависимость относительной потери массы водяной каплей радиусом 1,91 мм от напряженности поля Время экспозиции капли в поле 0,2 с. По Лезему [375].

Рис. 30. Зависимость относительной потери массы водяной каплей радиусом 1,91 мм от времени ее экспозиции в электрическом поле. Напряженность поля По Лезему [375].

С увеличением времени экспозиции отмечается вначале весьма быстрое увеличение потери массы, которое затем замедляется.

Дальнейшее исследование потери массы под действием сильных электрических полей произвел Метьюс [434]. Он получил, что капли радиусом 2,15 мм при теряют около 20% своей массы при экспозициях от 0,10 до 0,18 с и менее 1% при экспозициях меньше 0,07 с. Капля радиусом 2,8 мм при напряженности около и экспозиции 0,07 с теряет всего 5% своей

массы, тогда как при экспозициях около 0,13; 0,24 и 0,29 с она теряет уже соответственно 15, 30 и 60% своей массы.

Аббас и Лезем [208] показали, что на величину потери массы каплей оказывает влияние ее заряд. Если в электрическом поле при отсутствии заряда потеря массы составляла около 26% для капли радиусом 1,2 мм, то начиная с зарядов потеря увеличивается с увеличением заряда и достигает 32% для и 40% для Аббас и Лезем нашли, что потеря массы происходит со значительной части поверхности капли. В вертикальном положительном поле капля радиусом 1,1 мм разрушается при При сообщении такой капле положительного заряда разрушение будет происходить уже в поле с Если же капля получит отрицательный заряд то потребуется поле со значительно более высокой напряженностью: Таким образом, в полях, достаточных для возникновения разрушения на обоих полюсах капли, потеря массы с положительного полюса превышает потерю с отрицательного. Кроме того, должно происходить поочередное разрушение капли на ее полюсах, начиная с положительного.

Механизм поочередного разрушения полюсов капли заключается в следующем. В сильном электрическом поле, когда деформация капли достигает критического состояния, сперва вырывается струйка воды из положительного полюса, которая уносит с собой некоторый положительный заряд. На капле остается компенсирующий свободный отрицательный заряд, который несколько уменьшает напряженность индуцированного поля на положительном полюсе и в такой же степени увеличивает напряженность поля на отрицательном конце. Тем самым создаются условия для выбрасывания струйки воды из отрицательного полюса капли, которое сопровождается потерей отрицательного заряда. В. А. Дячук [43, 44] получил подтверждение предполагаемого механизма поочередного разрушения капель при исследовании их слияния. В горизонтальном поле напряженностью интервал времени между разрушением на одном полюсе и разрушением на другом двух сливающихся капель радиусом 1,25 мм составлял примерно 0,5 мс.