等离子体电流体动力激励器的建模与仿真

揭示辉光放电的电特性是进行等离子体电流体动力激励器优化设计的前提,基于PSpice软件对激励器进行了建模与仿真。采用PSpice中的数学宏模型建立了等离子体放电的模型,解决了等离子体电流体动力激励器仿真的关键问题。在此基础上,仿真了对称布局等离子体激励器的宏观电特性,仿真结果符合辉光放电的电压-电流幂律。为进一步仿真和优化激励器的参数打下了基础。

电流体动力等离子体发生器的能量转化效率分析及其优化设计

为对电流体动力(EHD)等离子体发生器进行性能优化,提高能量转化效率,使用石英和聚四氟乙烯作为介质板,通过实验测量了等离子体发生器的能量消耗和产生的气流速度随背面电极宽度、电极水平间距、电源电压和频率以及放电状态等的变化曲线,用气流速度与单位长度能量消耗的比值对发生器能量转化效率进行衡量。结果表明,等离子体发生器背面电极宽度为2倍正面电极宽度时气流速度最大;无间距等离子体发生器对气流加速效果并非最佳;诱导的气流速度随电压升高先上升后下降,存在气流速度的最大值;当等离子体放电在视觉上比较均匀时放电的能量转换效率最高。实验结果为EHD等离子体发生器提高能量转化效率,进行结构优化提供了参考。

电流体动力等离子体发生器的仿真优化

目前电流体动力（EHD）等离子体发生器的能量转化效率还远不能满足实际应用的要求，等离子体发生器的性能优化因此成为研究中的核心问题。针对目前基于泊松方程解的仿真方法耗费机时长，某些参数不能精确测量的现状，提出了基于拉普拉斯方程解的等离子体发生器仿真计算方法，并验证了利用此方法进行EHD等离子体发生器初步性能优化的可行性。仿真结果表明，低电极宽度对等离子体发生器性能影响甚微，而电极间水平间距为1～1．5mm时，EHD等离子体发生器的性能最佳。此方法将为EHD等离子体发生器下一步的性能优化研究提供参考。

电流体动力等离子体发生器特性实验研究

电流体动力(EHD)等离子体发生器产生的常压等离子体可把电能转化为周围气体的动能,从而加速表面气流的流动。目前EHD等离子体发生器能量转化的具体物理过程仍没有得到合理解释而等离子体发生器的沿面闪络问题亦制约着其性能的进一步提高。本文分别测量了对称结构EHD等离子体发生器在空气和氮气环境下的电气和EHD特性,讨论分析了EHD等离子体发生器的能量转化过程。实验结果表明对称结构EHD等离子体发生器可工作在"推"模式下,且负离子在能量转化过程中似乎起到重要的推动作用。另外,本文研究了表面封装对等离子体发生器沿面闪络的影响。实验结果表明封装后等离子体发生器的沿面闪络得到明显抑制。

用于电流体动力气流控制的等离子体发生器

基于等离子体的电流体动力(EHD)气流控制技术具有良好的发展前景。笔者着重从介质阻挡放电等离子体的电流体动力特性和等离子体发生器的电气特性等方面,综述了此领域取得的研究进展,并指出从放电物理角度解释气流加速和改善等离子体发生器性能为当前研究中的难点和重点问题。最后介绍了等离子体发生器的建模与仿真。

电流体动力等离子体发生器低电极封装实验研究

电流体动力(EHD)等离子体发生器产生的常压等离子体可以在不存在机械活动部件的条件下把电能转化为空气的动能,在气流控制领域具有巨大的发展前景。但是目前EHD等离子体发生器的能量转化效率仍然很低。笔者通过实验探讨了利用Kapton将低电极进行封装对EHD等离子体发生器产生的影响。实验表明,低电极进行封装后低电极附近及电压周期负半周内的等离子体的产生被有效抑制,等离子体发生器产生的气流速度增加,能量转化效率得到显著提高。

近场电流体动力锥射流微图案化打印方法研究综述

电流体动力打印技术是实现柔性电子器件高分辨率微图案化直写打印的重要技术和方法,目前还面临着锥射流形成和空间运动不稳定性等诸多挑战。总结了电流体动力锥射流打印技术实现高分辨率微图案化稳定打印的研究进展,综述了电流体动力形成细小而稳定的泰勒锥射流,以及射流在空间运动稳定性的影响因素。影响锥射流的稳定性的因素众多,采用响应面法分析工艺参数和打印质量之间的关系,进行参数优化,是实现电流体动力微图案化稳定打印的常用方法。

基于3-RPS并联机构的电流体动力打印设备设计

3-RPS并联机构具有高精度、高承载能力、结构简单紧凑、易于实现高速运动等优点,由此基于3-RPS并联机构,开展新型电流体动力打印设备的研发工作。对3-RPS并联机构电流体打印机的结构进行了设计,并对一些受力部件以及非标准零件进行了设计计算,相关结果表明采用3-RPS并联机构的电流体动力打印设备设计方案可行。

一种可消除承印物影响的电流体动力喷墨打印技术

电流体动力喷墨打印技术(EHDP)已广泛应用于直接印刷。然而,现有的EHDP方法,其印刷特性受承印物的影响,且打印线宽由喷嘴的尺寸决定。本文提出的一种EHDP新方法能够消除承印物的影响,并且能够通过控制喷嘴阵列中每个喷嘴的开关来实现对打印线宽的控制。本文检验了EHDP系统的印刷特性,同时证明了喷嘴阵列开关控制的可行性。这种新型EHDP技术可以不受承印物的影响得到稳定的弯月形液面;即使使用同样的喷嘴也能得到不同的线宽。

电流体动力喷射3D打印工艺参数对泰勒锥和打印图形的影响和规律

电流体动力喷射3D打印是一种新型微纳增材制造技术,它具有成本低、结构简单、精度高、打印材料广泛等突出特点和优势.但是,由于电流体动力喷射3D打印的打印速度快、喷嘴和基底打印距离小,特别是对于微尺度特征图形的打印,其实际图形及打印质量难以直接观测,而且影响打印图形精度和质量的工艺参数较多,各个工艺参数相互耦合和相应作用.因而直接有效的控制打印图形的精度（线宽）和质量（线边缘粗糙度）是其面临的一个挑战性难题.本文提出一种通过调整打印工艺参数间接控制泰勒锥形状和尺寸,进而实现对于打印图形精度和质量有效控制的新方法.建立了线宽与工艺参数、材料性能和基底关系的理论模型;通过实验,系统研究并揭示了电流体动力喷射3D打印工艺参数对泰勒锥和打印图形的影响及其规律;优化出针对同一喷嘴较为理想的喷印工艺窗口;并通过典型实验工程案例研究,采用内径60μm喷嘴实现了最小线宽3μm打印,验证了实验研究结果的正确性和有效性.本文提出的方法和实验研究结果为电流体动力喷射3D打印的打印精度、图形质量和打印稳定性改进及提高奠定了基础,并为简化和易于操作提供了一种切实可行的方法.

基于层叠式流道结构多喷嘴电喷头的供液性能研究

在奇数多喷嘴电流体动力喷印系统中,针对流量泵供液时喷嘴阵列获得的流量不均匀影响打印质量的问题,提出在喷头内设置一种层叠式微流道辅助分流的解决办法。基于以上层叠式微流道,系统研究了导流单元几何形状、结构参数和流道并联排布形式对其分流效果的影响规律。结果表明:导流单元为正六边形的流道分配性能较好;增大“多孔”分形通道槽宽可提高供液均匀性;当主通道槽宽不大于0.6 mm时,流道供液均匀性随主通道槽宽增大而提高;并联总出口数为17的双层级流道供液均匀性较好。将层叠式微流道分流结构和实际喷头进行集成,验证了在喷印系统实际施加电场的工况条件下,流道依然能保持很好的供液均匀性,且出口最大不均匀度在6%以内。

直流电压对无颗粒纳米银墨水EHD微喷行为的影响

研究了直流电压对无颗粒纳米银导电墨水在电流体动力(EHD)近场微喷印中喷射行为的影响。结果表明供墨压力和电极间距一定时,随着直流电压增大,喷嘴尖端弯液面拉长,轮廓由曲面先后演变为脉动泰勒锥和稳定泰勒锥状。直流电压过大导致泰勒锥失稳倾斜。在不同弯液面形状下,墨滴喷射方式依次为:脉动微滴落、脉动锥射流、稳定锥射流、多股锥射流。在1 500~3 500 V内锥射流较稳定,且该范围内随着直流电压升高,泰勒锥高度减小,锥尖角度增大。基板移动速度一定时,随着直流电压增大,基板上沉积的线条连续性增强,线条宽度增加。供墨压力增大使上述喷射模式的诱导直流电压降低,但射流更易失稳,导致喷印质量下降。

基于PIV的电除尘器流场可视化实验研究进展

电除尘器内部流场形态对颗粒物的捕集有很大的影响,尤其是亚微米颗粒的捕集与其在电除尘器内运动轨迹息息相关。粒子成像测速技术(particle image velocimetry,PIV)从测量精度和测量方法以及实验条件三方面都符合电除尘器流场可视化实验的要求,是电除尘器流场可视化实验的主要研究手段。文章首先介绍了电除尘器流场可视化实验的研究方法和研究现状,然后分析了实验选取的不同示踪粒子及其特性,详细总结了有关圆线-板式、针-板式、锯齿线-板式和管式电除尘器流场可视化实验及其研究成果,最后列举和分析了基于PIV可视化技术的除尘器结构改造实验,并且指出目前实验研究中存在的问题并对未来研究方向进行了展望:1)电除尘器流场三维特性定量研究有待探索;2)实验与实际除尘过程的差异的问题有待解决;3)电除尘器内离子风自身特性研究需要进一步研究。

极低频脉冲电磁场细胞生物效应及机制的研究

目的研究ELF脉冲电磁波照射细胞前后细胞胞浆Ca2+浓度的变化及产生该变化的机理。方法以实验为基础,对细胞胞浆Ca2+浓度进行时-频分析,进而研究ELF脉冲电磁波在细胞胞浆Ca2+浓度时-频域内产生的生物学效应。结果给出细胞胞浆Ca2+受ELF脉冲电磁场照射前(a)后(b)的PHMx(t,ν)等值线图,并结合液晶生物膜模型,应用液晶电流体动力不稳定的特性阐述了产生该生物效应的机理。结论细胞胞浆Ca2+浓度在时-频域内有其固有的频谱特征,其中包括连续谱和离散谱。有的参数的电磁波可在细胞胞浆Ca2+浓度的时-频域内产生生物学效应而有的参数的电磁波却不能。若能够产生生物学效应,则有两个特征:一是使胞浆Ca2+浓度在时-频域内的连续谱变窄了;二是使离散谱的分布和离散谱的频率发生了变化。同时,能够在细胞胞浆Ca2+浓度的时-频域内产生生物学效应的电磁波脉冲频率和脉冲强度是离散和间隔的。

温度对静电除尘器内颗粒受力影响的数值模拟

应用计算流体力学方法对高温下的线板式静电除尘器进行数值模拟,建立综合考虑温度场、电场、流场和颗粒动力场的多场耦合模型。采用有限体积法对计算域进行离散进而求解电场,采用欧拉-拉格朗日方法求解气固两相流动。研究温度对于静电除尘器内颗粒受力的影响。结果表明:随着温度的升高,颗粒所受的静电力减小而Saffman升力、布朗力和曳力均增大;曳力随温度的增加速率比静电力变化快,这可能是导致高温下除尘效率降低的原因。

板式电除尘器多物理场耦合数值分析

为理解电除尘器除尘机理,文章采用Fluent软件对实验室板式电除尘器进行仿真模拟,分析了多场耦合作用下流体流动特性和粉尘运动过程。电场特性考虑了电晕放电过程,并研究了电流体动力学(EHD)流对流场的影响。结果显示:电晕放电后阴极线附近形成电晕区,电势在两电极间形成了一个交联的等势场,阴极线之间电场强度迅速减弱,连线中点处形成一个黑影区,电场强度几乎为零;在低流速下EHD流改变了流体湍流运动,当电场断面风速增加到1 m/s时,EHD流的影响可以忽略;在湍流扩散的影响下,粉尘运动距离增加,湍流剧烈;当电场断面风速越小、粒径越大、施加电压越大时,除尘效率越高,对粒径为6.9μm的粉尘最大捕集效率可以达到99.4%。

静电纺丝技术应用于局部治疗领域的研究进展

静电纺丝纳米纤维由于比表面积大、孔隙率高、易添加多种成分等特性,是目前恶性肿瘤局部治疗领域的研究热点之一。因为电纺丝技术的多功能性,通过调整电纺纤维的结构和载药方式,可以满足不同的辅助治疗需求。本文从不同的电纺丝功能设计阐述了电纺丝纳米纤维膜在局部治疗领域的研究进展,并展望其发展前景。

柔性可拉伸电路一体化打印技术及系统开发

为解决现有制造方法普遍存在制作工艺复杂、制备时间长和制造成本高等问题,提出了一种基于液态金属的柔性可拉伸电路一体化打印的新技术,并搭建了柔性可拉伸电路一体化打印系统。系统采用并联排布式多喷头结构,利用气压驱动打印封装和基底材料,并利用电流体动力喷射沉积打印液态金属导线,可以实现基底、导电线路和封装层的一体化打印。工艺实验揭示了气压对PDMS基底厚度,供料流量对金属导线线宽的影响规律,成功制备了柔性LED电路。实验结果表明,该柔性可拉伸电路打印方法工艺简单,打印的柔性电路具有较好的柔性和可拉伸性。

基于纳米银导电墨水的低功率激光在线烧结微米导电薄膜

柔性电子是将有机/无机材料电子器件沉积在柔性/可延性基板上形成导电图案的新兴电子技术。本文以电流体动力打印设备为平台,对导电薄膜最优层数打印烧结进行研究,采用扫描电镜(SEM)对烧结表面结构进行观察。研究发现,在打印层数为3层时,制作薄膜效果较好。

低气压离子风推进器仿真与实验

离子风动力具有无需机械旋转部件、低功耗及低噪声等优点,在平流层飞艇和太阳能飞机上具有重要的应用潜力。模拟临近空间的低气压环境,采用“线-柱”电极结构电晕放电装置产生离子风,实验测量不同放电条件下离子风推进器产生的推力和推功比,研究了气压、放电电压、电极间隙对离子风动力的影响。仿真和实验结果表明,气压的降低会导致推进器推功比的下降,具体表现为:当电极间隙为2.0 cm,最大推功比由1 atm(1 atm=101325 Pa)时的17.70 mN/W降低至0.02 atm时的0.24 mN/W;而推功比的损失可以通过增大电极间隙来补偿,当电极间隙增加至14 cm,在0.02 atm的气压环境下,推功比由0.24 mN/W升至0.70 mN/W。通过优化离子风推进器结构,增加电极间隙,离子风动力具备低气压环境下的应用潜力。