電流體動力學

19世紀末，人們就已觀察到電場對單極性荷電氣體的運動有直接影響。1897年，S.A.阿倫尼烏斯首次發表了電流體動力現象的定量研究結果。1899年，A.查托克首次提出了電暈風的電氣體動力學理論。1936年，G.龐特涅研製成利用壓縮空氣進行工作的發電機，採用特製的粉塵作電荷載體。1937年，T.巴巴特研製成巴巴特離子對流發電機。直到20世紀50年代，電流體動力學才真正開始成為一門較系統的學科。

電流體動力學有三個主要的研究領域：①電流體動力學過程的數學描述和理論分析：包括電流體動力學基本方程組的建立；電流體動力學判據的確定；電流體動力學流動的研究，包括單組元電氣體動力流動、電氣體動力流動中的間斷、二組元電氣體動力流動、電氣體動力波動等的研究。②電流體動力過程的物理研究：包括電氣體動力放電、輸運係數的研究；電場對運動介質基本特性的影響的研究等。③電流體動力過程在工程技術中的應用：包括各種電氣體動力裝置的理論和實驗研究；實驗室樣機和半工業樣機的研製。

電流體動力學的研究對象是由帶電粒子和中性粒子組成的二組元系統。這一系統可用單組元流體模型作近似處理。假定表徵介質性質的係數都是常數且流體是理想的（無粘性、無電阻、不導熱），則基本方程組包括：

連續性方程

，

能量方程

，

運動方程

，

狀態方程

，

電場方程

，

，

廣義歐姆定律

等。

式中p為流體壓力；ρ為流體密度；T為温度；v為流體速度；E為電場強度；J為電流密度；q為電荷密度；b為荷遷移率；c_v為定容比熱；R為氣體常數。電流體動力學基本方程組同磁流體力學基本方程組主要不同點是在動運方程中用靜電力qE代替J×B，在電場方程中第二式的右端用零代替項；在廣義歐姆定律中用qv代替v×B項。

在一般情況下，可建立二組元模型的方程組，表徵介質性質的係數可以不是常數。還可以把粘性、電阻、熱傳導等因素也考慮進去。

電流體動力學理論主要應用於電氣體發電裝置、電流體泵以及電流體動力工藝和動力檢測等。

電氣體發電裝置 電氣體發電是利用氣流的動能將其中的離子從低電勢區推向高電勢區，從而直接將熱能轉換成電能。電氣體發電裝置主要由絕緣通道、離子源和電荷收集極組成（見圖）。絕緣通道是發電裝置的主要部分，其作用是限定氣流的運動。離子源由絕緣氣流、電暈極和吸引極組成，它可使絕緣氣流中產生單極性電荷。收集極將電荷積聚起來，作為發電機的輸出端。由於單個通道值下降極小，即氣體中釋放出來的熱能很少，因此必須串聯大量通道。這樣，當工作温度為1000℃時，發電效率可達50%以上。儘管從原理上講,電氣體發電可用於大功率民用發電,但由於技術上的困難，其實現前景遠不如磁流體發電明朗。電氣體發電裝置作為中、小功率的高壓電源，可用於靜電噴塗、靜電除塵、電子束焊機等裝置，特別在航天飛行器中，可作供電的隨航裝置或作為靜電火箭發動機的電源。

電氣體發電裝置和磁流體發電裝置的異同可列表如下：

氣體發電裝置和磁流體發電裝置的比較

電流體泵(離子對流泵) 工作過程是電氣體發電的逆過程。其優點是沒有運動部件和迴轉力矩，噪聲小，結構簡單。利用電流體泵的工作原理可以製造飛行器的電氣體動力推進器。在地球大氣層中，電氣體動力推進器不如其他類型的推進器，但在某些含有高絕緣強度高壓氣體的行星大氣層中，這種電氣體動力推進器會顯示出優越性。

電流體動力學還可應用於電流體動力工藝（如着色、材料電鍍、作物授粉和撒藥、熏製生產、臭氧生產以及淨化和分離，等等）、電流體動力檢測（如通過測量壓力變化可確定發動機潤滑油中出現的微量金屬粒子，從而掌握髮動機的磨損程度）以及生物和醫學中的一些領域。