关于电流体动力学介绍

[拼音]：dianliuti donglixue

[外文]：electrical fluid dynamics

流体力学和电动力学之间的边缘学科，研究单极性荷电流体或极化流体同电场的相互作用。

19世纪末，人们就已观察到电场对单极性荷电气体的运动有直接影响。1897年，S.A.阿伦尼乌斯首次发表了电流体动力现象的定量研究结果。1899年，A.查托克首次提出了电晕风的电气体动力学理论。1936年，G.庞特涅研制成利用压缩空气进行工作的发电机，采用特制的粉尘作电荷载体。1937年，Г.巴巴特研制成巴巴特离子对流发电机。直到20世纪50年代，电流体动力学才真正开始成为一门较系统的学科。

电流体动力学有三个主要的研究领域：

（1）电流体动力学过程的数学描述和理论分析：包括电流体动力学基本方程组的建立；电流体动力学判据的确定；电流体动力学流动的研究，包括单组元电气体动力流动、电气体动力流动中的间断、二组元电气体动力流动、电气体动力波动等的研究。

（2）电流体动力过程的物理研究：包括电气体动力放电、输运系数的研究；电场对运动介质基本特性的影响的研究等。

（3）电流体动力过程在工程技术中的应用：包括各种电气体动力装置的理论和实验研究；实验室样机和半工业样机的研制。

电流体动力学的研究对象是由带电粒子和中性粒子组成的二组元系统。这一系统可用单组元流体模型作近似处理。假定表征介质性质的系数都是常数且流体是理想的（无粘性、无电阻、不导热），则基本方程组为：

连续性方程 ，

运 动 方 程 ，

能 量 方 程 ，

状 态 方 程 p＝ρRT，

电 场 方 程 墷·E＝4πq，

墷×E＝0，

广义欧姆定律 E＝qv＋qBE，式中p为流体压力；ρ为流体密度；T为温度；v为流体速度；E为电场强度；J为电流密度；q为电荷密度；B为电荷迁移率;cV为定容比热；R为气体常数。电流体动力学基本方程组同磁流体力学基本方程组主要不同点是在运动方程中用静电力qE代替J×B，在电场方程中第二式的右端用零代替项；在广义欧姆定律中用qv代替v×B项。

在一般情况下，可建立二组元模型的方程组，表征介质性质的系数可以不是常数。还可以把粘性、电阻、热传导等因素也考虑进去。

电流体动力学理论主要应用于电气体发电装置、电流体泵以及电流体动力工艺和动力检测等。

（1）电气体发电装置 电气体发电是利用气流的动能将其中的离子从低电势区推向高电势区，从而直接将热能转换成电能。电气体发电装置主要由绝缘通道、离子源和电荷收集极组成(见图)。

绝缘通道是发电装置的主要部分，其作用是限定气流的运动。离子源由绝缘气流、电晕极和吸引极组成，它可使绝缘气流中产生单极性电荷。收集极将电荷积聚起来，作为发电机的输出端。由于单个通道焓值下降极小，即气体中释放出来的热能很少，因此必须串联大量通道。这样，当工作温度为1000℃时，发电效率可达50％以上。尽管从原理上讲，电气体发电可用于大功率民用发电，但由于技术上的困难，其实现前景远不如磁流体发电明朗。电气体发电装置作为中、小功率的高压电源，可用于静电喷涂、静电除尘、电子束焊机等装置，特别在航天飞行器中，可作供电的随航装置或作为静电火箭发动机的电源。

电气体发电装置和磁流体发电装置的异同可列表如下：

（2）电流体泵(离子对流泵) 工作过程是电气体发电的逆过程。其优点是没有运动部件和回转力矩，噪声小，结构简单。利用电流体泵的工作原理可以制造飞行器的电气体动力推进器。在地球大气层中，电气体动力推进器不如其他类型的推进器，但在某些含有高绝缘强度高压气体的行星大气层中，这种电气体动力推进器会显示出优越性。

电流体动力学还可应用于电流体动力工艺（如着色、材料电镀、作物授粉和撒药、熏制生产、臭氧生产以及净化和分离，等等）、电流体动力检测（如通过测量压力变化可确定发动机润滑油中出现的微量金属粒子，从而掌握发动机的磨损程度）以及生物和医学中的一些领域。