Studio numerico dell'interazione tra campo fluidodinamico e campo elettrico

Sara Ceccon

L'elettroidrodinamica (EHD) studia l'interazione tra un campo fluidodinamico ed un campo elettrico. In questo lavoro abbiamo considerato in particolare il fenomeno dell'elettroconvezione: quando una differenza di potenziale $\phi_0$ viene applicata fra due elettrodi piani tra cui si trova un fluido, si ha generazione di cariche elettriche di densità $q$, che entrano nel fluido dall'anodo ed interagiscono con esso (si veda la figura 1). Il comportamento del sistema può presentare un comportamento instabile: quando la differenza di potenziale supera un valore critico, il fluido tende ad organizzarsi in celle convettive che producono un moto secondario, detto di elettroconvezione, e le cariche elettriche subiscono variazioni nella loro distribuzione.

Figura 1: Schematizzazione dei moti elettroconvettivi.

La principale difficoltà dell'EHD consiste nell'accoppiamento reciproco tra i campi fluidodinamico ed elettrico, dovuto alla convezione delle cariche da parte del fluido e alla forza elettrica di Coulomb. Nella tesi è stato sviluppato un solutore numerico DNS-EHD che per la prima volta è in grado di risolvere il problema dell'elettroconvezione considerando il mutuo accoppiamento.

Alcune simulazioni preliminari (limitate per semplicità a casi bidimensionali) evidenziano i moti elettroconvettivi: la figura 2 mostra svariate coppie di vortici controrotanti (qui visualizzati attraverso le due componenti della velocità, parallela ed ortogonale agli elettrodi).

Figura 2: Vislualizzazione dei moti elettroconvettivi, attraverso le componenti di velocità parallela (sopra) e ortogonale (sotto) agli elettrodi. La presenza di zone a segno alterno indica la presenza di vortici controrotanti.