U型毛细管电极电渗流数值模拟研究

为研究U型毛细管电极内电渗流(EOF)对微纳米颗粒表面Zeta电位测量结果的影响,以U型毛细管电极为基础,通过数值仿真分析了毛细管电极内部EOF启动机制及高频交变电压对其抑制机理。结果表明,当毛细管电极施加直流电压,壁面EOF在管壁面压力梯度作用下产生回流,启动时间为毫秒(ms)级别。当施加高频交变电压时,高频率交变电场阻碍了EOF的启动,在壁面处产生局部振荡流。随着频率的增加,毛细管EOF受到抑制作用更为强烈。相比其他波形,三角波电压对EOF具备较好的抑制作用,局部振荡流的幅度范围更小。研究对颗粒Zeta电位检测和微流控电动流动的精准控制具有借鉴意义。

基于力场调控机制的离子分离数值仿真

为了解决高镁锂浓度比例下离子分离困难的问题,提出一种基于力场调控的离子分离数值仿真系统。该系统引入呈特定位置关系的水平障碍,来调节系统的流场分布,依据锂离子和镁离子电泳迁移率的差异,在电场力和流场力的作用下将2种离子以与水平方向不同夹角的路径扩散,实现镁、锂离子的分离;采用计算流体力学方法对离子分离系统进行数值模拟,通过分析离子在流场调节下的行为,探索该系统对电压、流速和障碍参数的响应规律;水平障碍将通道分为中间宽、边界窄的区域,在离子出口处稳定流场,缩小离子采样空间,控制来流方向接近锂离子分离轨迹,使离子分离质量更高,稳定性更好;采用稀释后的盐湖卤水溶液进行数值仿真模拟。结果表明:在电压为11.5 V、水流速度为990μm/s时,该系统可以回收93%的锂离子,并将镁离子回收率提高至95%,基于力场调控机制的离子分离系统可以实现对化学性质相似的锂、镁离子的高效分离。