On combined spatial and temporal instabilities of electrically driven jets with constant or variable applied field

• Autorzy: Orizaga S. , Riahi D. N.

Warianty tytułu

PL

O złożonych, przestrzenno-czasowych niestabilnościach elektrycznie indukowanych strumieni w stałym i zmiennym polu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

We investigate the problem of combined spatial and temporal instabilities of electrically driven viscous jets with finite electrical conductivity in the presence of either constant or variable applied electric field. A mathematical model leads to a lengthy equation for the unknown spatial growth rate and temporal growth rate of the disturbances. This equation is solved numerically using Newton’s method. We investigated two cases of water jets and glycerol jets. For water jets and in the case of either constant or variable applied field, we found two new modes of instabilities which grow simultaneously in time and space and lead to significant reduction in the jet radius. However, in the case of glycerol jets, we found two new modes of instabilities in the presence of constant applied field but only one mode of instability in the presence of variable applied field. For the glycerol jets, the combined temporal and spatial instabilities are less stronger and lead to an increase in the jet radius. The instabilities for both types of water and glycerol jets were found to be restricted to particular domain in their wavelength and were enhanced with the strength of the electric field.

PL

Autorzy prezentują problem złożonych przestrzenno-czasowych niestabilności elektrycznie indukowanych strumieni wiskotycznych o skończonej przewodności elektrycznej w obecności stałego albo zmiennego pola. Model matematyczny sprowadzono do skomplikowanego równania, w którym niewiadomą jest czasowe i przestrzenne tempo wzrostu zakłóceń w strumieniu. Równanie to rozwiązano numerycznie, używając metody Newtona. Zbadano dwa przypadki – dla strumienia wody i gliceryny. Dla wody, niezależnie od tego, czy pole elektryczne jest stałe, czy zmienne, wykryto dwie nowe postacie niestabilności rosnących równocześnie w czasie i przestrzeni, które znacznie ograniczają promień strumienia. W przypadku gliceryny, dwie nowe postacie niestabilności znaleziono tylko przy stałym polu elektrycznym. W polu zmiennym zaobserwowano jedną postać. Dla gliceryny, złożone niestabilności przestrzenno-czasowe wykazują słabszą intensywność i zwiększają promień strumienia. Niezależnie od rodzaju ośrodka, niestabilności te ograniczają się do pewnego zakresu długości falowej i wzrastają z natężeniem pola elektrycznego.

Słowa kluczowe

EN

temporal instability; spatial instability; jet flow; electric field; jet instability

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 50 nr 1
• Strony: 301--319
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Orizaga S.

autor

Riahi D. N.

• University of Texas-Pan American, Department of Mathematics, Edinburg, USA,

Bibliografia

• 1. Anderson D.A., Tannehill R.H., Pletcher R.H., 1984, Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer, Hemisphere Publishing Corporation, New York
• 2. Baily A.G., 1988, Electro-Static Spraying of Liquid, Wiley, New York
• 3. Drazin P.G., Reid W.H., 1981, Hydrodynamic Stability, Cambridge University Press, UK
• 4. Healey J.J., 2008, Inviscid axisymmetric absolute instability of swirling jets, Journal of Fluid Mechanics, 613, 1-33
• 5. Hohman M. M., Shin M., Rutledge G., Brenner M.P., 2001a, Electrospinning and electrically forced jets. I. Stability theory, Phys. of Fluids, 13, 8, 2201-2220
• 6. Hohman M.M., Shin M., Rutledge G., Brenner M.P., 2001b, Electrospinning and electrically forced jets. II. Applications, Phys. of Fluids, 13, 8, 2221-2236
• 7. Li D., Xia Y., 2004, Direct fabrication of composite and ceramic hollow nanofibers by electrospinning, Nano Letters, 4, 933-938
• 8. Melcher J.R., Taylor G.I., 1969, Electrohydrodynamics: A review of the interfacial shear stresses, Annual Review of Fluid Mechanics, 1, 111-146
• 9. Michalke A., 1965, On spatially growing disturbances in an inviscid shear layer, Journal of Fluid Mechanics, 23, 521-544
• 10. Orizaga S., Riahi D.N., 2009, Spatial instability of electrically driven jest with finite conductivity and under constant or variable applied field, Applications and Applied Mathematics: An International Journal, 4, 2, 249-262
• 11. Reneker D.H., Yarin A.L., Fong H., 2000, Bending instability of electrically charged liquid jets of polymer solutions in electrospinning, Journal of Applied Physics, 87, 4531-4547
• 12. Riahi D.N., 2009, On spatial instability of electrically forced axisymmetric jest with variable applied field, Applied Mathematical Modeling, 33, 3546-3552
• 13. Shkadov V.Y., Shutov A.A., 2001, Disintegration of a charged viscous jet in a high electric field, Fluid Dynamic Research, 28, 23-29
• 14. Soderberg D.L., 2003, Absolute and convective instability of a relaxational plane liquid jet, Journal of Fluid Mechanics, 439, 89-119
• 15. Tam C.K.W., Thies A.T., 1993, Instability of rectangular jet, Journal of Fluid Mechanics, 248, 425-448
• 16. Taylor G.I., 1969, Electrically driven jets, Proceedings of the Royal Society of London, Series A, 313, 453-475
• 17. Yu J.H., Fridrikh S.V., Rutledge G.C., 2004, Production of submicrometer diameter fibers by two-fluid electrospinning, Advanced Materials, 16, 1562-1566