ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛАБОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНЫХ ВОЛН НА ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОГО ДИЭЛЕКТРИКА

Н. М. Зубарев; Е. А. Кочурин

doi:10.29006/1564-2291.JOR-2019.47(1).14

Н. М. Зубарев Институт электрофизики УрО РАН; Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
Е. А. Кочурин Институт электрофизики УрО РАН

DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2019.47(1).14

Ключевые слова: волновая турбулентность, свободная граница, электрическое поле, Альфвеновские волны, спектр турбулентности

Аннотация

В настоящей работе проведено прямое численное моделирование процесса взаимодействия плоских капиллярных волн на поверхности жидкого диэлектрика во внешнем тангенциальном электрическом поле с учетом сил вязкости. В пределе сильного электрического поля, когда вязкими и капиллярными силами можно пренебречь, на границе жидкости могут формироваться особые точки, в которых существенно возрастает кривизна границы (Зубарев, Кочурин, 2014, Кочурин, 2018, Kochurin, Zubarev, 2018). В случае конечного электрического поля взаимодействие встречных нелинейных электрокапиллярных волн может привести к возникновению прямого энергетического каскада. В режиме квазистационарной диссипации энергии функции плотности вероятности для углов наклона границы стремятся к нормальному распределению Гаусса, а форма границы приобретает сложную, хаотическую форму. В терминах энергии полученный спектр имеет форму, совпадающую с энергетическим спектром Ирошникова-Крайчнана и свидетельствует о родственной природе наблюдаемой волновой турбулентности поверхности жидкости и слабой магнитогидродинамической турбулентности взаимодействующих альфвеновских волн.
Работа выполнена в рамках темы госзадания 0389-2015-0023 при поддержке РФФИ проекты № 16-38-60002, 19-08-00098, 17-08-00430), Президиумов РАН и УрО РАН (проекты № 2 и 18-2-2-15, соответственно) и Совета по грантам Президента РФ (проект СП-132.2016.1).

Литература

Зубарев Н.М., Кочурин Е.А. Взаимодействие сильно нелинейных волн на свободной поверхности непроводящей жидкости в горизонтальном электрическом поле // Письма в ЖЭТФ. 2014. Т. 99. № 11. С. 729–734.

Кочурин Е.А. Формирование областей с высокими градиентами энергии и давления на свободной поверхности жидкого диэлектрика в тангенциальном электрическом поле // Прикладная механика и техническая физика. 2018. Т. 59. № 1. С. 91–98.

Kochurin E.A., Zubarev N.M. Gravity-capillary waves on the free surface of a liquid dielectric in a tangential electric field // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2018. Vol. 25. No. 5. P. 1723–1730