Analysis of the Formation of Material Structures with Axial Symmetry by Strong Electric Field

Abstract

To solve various technical problems, technologies are needed that allow creating new types of functionally graded anisotropic composite materials with directional properties. The formation of such structures based on additive technologies continues to retain its relevance every day. In this context, this paper proposes a new approach to creating a structure with axial symmetry and electrical or mechanical properties. In this case, the possibility of controlling the movement and direction of particles using strong electric fields is used. Taking into account the presence of a strong electric field in a condensed medium located in the interelectrode space, a mathematical model for the formation of a structure with axial symmetry is proposed, based on the analysis of the forces acting on the particles in the medium. For this model, as a result of some simplifications, analytical solutions were found. According to the results obtained, it is believed that a strong electric field also allows forming certain structures of materials and products with certain properties from microparticles, similar to polymer chemistry.

Keywords

• Gravity force
• Archimedes force
• Environment resistance
• Nanosized particle
• Bouguer–Lambert–Beer law
• Strong electric field

Güçlü Elektrik Alanı ile Eksenel Simetriye Sahip Malzeme Yapılarının Oluşumunun Analizi

Abstract

Çeşitli teknik sorunları çözmek için, yönlü özelliklere sahip yeni türde işlevsel olarak derecelendirilmiş anizotropik kompozit malzemeler oluşturmayı mümkün kılan teknolojilere ihtiyaç duyulmaktadıt. Additive (eklemeli) teknolojilere dayalı bu tür yapıların oluşumu her geçen gün güncelliğini korumaya devam ediyor. Bu bağlamda, bu çalışmada, eksenel simetriye ve elektriksel veya mekanik özelliklere sahip bir yapı oluşturmaya yönelik yeni bir yaklaşım önerilmektedir. Bu durumda, parçacıkların hareketini ve yönünü küvvetli elektrik alanları ile kontrol etme özelliği kullanılmaktadır. Elektrotlar arası boşlukta bulunan yoğunlaştırılmış bir ortamda kuvvetli bir elektrik alanın varlığı da dikkate alınarak, ortamdaki parçacıklar üzerine etki eden kuvvetlerin analizine dayanarak, eksenel simetriye sahip bir yapının oluşumunun matematiksel bir modeli önerilmiştir. Bu model için bir takım basitleştirmeler sonucunda analitik çözümler bulunmuştur. Elde edilen sonuçlara göre, kuvvetlı elektrik alanının da, polimer kimyasına benzer bir şekilde mikropartiküllerden belirli özelliklere sahip bazı malzeme ve ürün yapılarının oluşumuna olanak sağladığı düşünülmektedir.

Keywords

• Yerçekimi kuvveti
• Arşimet kuvveti
• Çevre direnci
• Nano boyutlu parçacık
• Bouguer–Lambert–Beer yasası
• Kuvvetli elektrik alanı

References

1. Levich, V. G. (1962). Physicochemical Hydrodynamics. Prentice Hall.
2. Sow, S (1971). Hydrodynamics of Multiphase Systems (Mir, Moscow)
3. I.P. Vereshchagin, V.I. Levitov, G.Z. Mirzabekyan, M.M. Pashin. (1974). Fundamentals of Electrogasdynamics of Disperse Systems. M.: Energy.
4. Mednikov E. P. (1981). Turbulent transfer and sedimentation of aerosols. M.: Nauka
5. Nigmatulin R.I.( 1987). Dynamics of multiphase media. Part 1. M.: Nauka.
6. Masuda, S., Washizu, M. (1979). Corona charging of a spherical particle having an extremely high resistivity. Charge Storage, Charge Transport and Electrostatics, with their Applications, Elsevier, Amsterdam, 35-39.
7. Coulson, J., Richardson, J., Backhurst, J., & Harker, J. (1991). Vol. 2: Particle technology and separation processes. Oxford [etc.]: Butterworth-Heinemann.
8. Alisoy, H. Z., Alisoy, G. T., Hamamci, S. E., & Koseoglu, M. (2004). Combined kinetic charging of particles on the precipitating electrode in a corona field. Journal of Physics D: Applied Physics, 37(10), 1459.

9. Alisoy, H. Z., Alisoy, G. T., & Koseoglu, M. (2005). Charging kinetics of spherical dielectric particles in a unipolar corona field. Journal of Electrostatics, 63(12), 1095-1103.
10. Alisoy, H. Z., Alagoz, S., Alisoy, G. H., & Alagoz, B. B. (2012). A numerical method for the analysis of polydisperse aerosol particles charging in a coaxial electrode system. Journal of Electrostatics, 70(1), 111-116.
11. Alisoy, G., Öntürk, N., Alisoy, H. (2021). The Mathematical Modeling of the Charging and Deposition of Aerosol Particles in a Corona Field. European Journal of Engineering and Applied Sciences, 4(2), 57-60.
12. Gündüz, G. Ş., Göktepe, F., Alisoy, H., Göktepe, Ö. (2023). An Investigation of the Effect of Collector Plate Material and Thickness on Electrospun Fiber Fineness Including a Theoretical Analysis. International Journal of Engineering and Innovativ Research, 5(3), 223-236.
13. A.E. Pushkareva. (2008). Methods of Mathematical Modeling in Biotissue Optics: Textbook SPbSU ITMO
14. I. M. Bortnik, A. A. Beloglovsky, I. P. Vereshchagin, Yu. N. Vershinin, A. V. Kalinin, G. V. Kuchinsky, V. P. Larionov, A. E. Monastyrsky, A V. Orlov, A. G. Temnikov, Yu. S. Pintal, Yu. G. Sergeev, M. V. Sokolova, S. I. Khrenov, L. A. Daryan. (2018). Electrophysical foundations of high voltage technology. M.: MPEI Publishing House