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本文研究了电场内带电射流的轴对称稳定性,也就是“曲张失稳”。
电场内带电射流的稳定性问题是电流体动力学(Electrohydro-dynamics,
EHD)研究的一个问题。它是流体力学的一个分支,考虑了电场与运动流体之间
的相互耦合。
电纺(Electrospinning)和电雾化(Electrospray)技术,作为电流体动
力学的应用,近年来受到了广泛的重视。
在电纺中,提高带电射流的稳定性,可制备半径更均匀的纳米或微米纤维;
进行电雾化加工时,降低带电射流的稳定性,可使射流破碎得更充分,得到雾
化程度更高的雾滴。因此,分析电场内带电射流的稳定性具有重要的意义。
本文采用粘弹性本构方程来描述高分子聚合物溶(融)液(射流),建立
了轴对称射流的力学模型,推导出轴对称射流的控制方程,详细分析了外加电
场强度、射流电传导率、射流表面极化电荷密度、射流粘性及剪切弹性模量等
因素对射流轴对称稳定性的影响,并和不考虑弹性影响的结果作了比较。
此前对电场内带电射流的研究都局限于将射流视为粘性流体,而本文将电
场内的带电射流视为粘弹性流体,这是本文的一个创新点。
在射流电传导率趋于无穷、射流粘性为零的极端条件下,本文通过计算认
为,电场内带电射流具有长波不稳定性,而在相同条件下,此前与电场内带电
射流相关的文献认为射流在小扰动的波长很长时是稳定的。
最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。
关键词:带电射流,曲张失稳,粘弹性本构方程,电纺,电雾化