电除尘器内电流体动力学二次流与荷电粒子耦合作用的数值模拟

为分析电流体动力学(electrohydrodynamic,EHD)流动与荷电气溶胶粒子间的相互作用,给出了线板式电除尘器内关于EHD和带电粒子运动学的耦合数值模型。该模型采用有限体积法离散求解电场、空间电荷和带电粒子对流扩散方程,并与FLUENT湍流模型连接耦合。利用这一模型,对2种电场风速下线板式电除尘器内电风作用前后的气流流动形态与带电粒子运动行为进行了细致模拟,并用电流体Reynolds数NEHD分析了二次流动对气流、粒子浓度分布及粒子除尘效率的影响。结果表明,电风二次流动主要通过改变气流速度和湍流度分布来影响粒子向下游区域的对流输运过程。电风效应对粒子的除尘效率存在负面影响,其中对粒径小的粒子更为显著。但随着电场风速或粒子粒径的增加,电风二次流动对带电粒子的作用会逐渐变弱。考虑实际运行电除尘器的电场风速有效范围,这一负面影响最大可使粒径小于1.0μm粒子的捕集效率降低4%。

高压电场干燥技术原理的电流体动力学分析

高压电场干燥技术是作者自行研发的一项实用型的创新干燥技术,其技术特点是物料不升温,节省能 源,设备造价低,特别适合热敏性物料的干燥．其物理机制是依靠电场能传质而实现干燥的．利用电流体动力 学原理,针对高压电场对含水物料施加作用力进行分析,结果表明:电场能传质是由两种作用力作用的结果．

电除尘通道内电流体动力学五种湍流模型的计算结果比较

利用C语言构造一个数值方案用于模拟电除尘通道内电流体动力学流动。根据已有试验的测量结果,对用于模拟通道内电流体动力学流动的5种湍流模型在不同条件下模拟得到的数值结果进行分析和讨论。结果表明,本文给出的数值模型可准确预测电风与主流相干作用导致的电流体动力学湍流流动。对于流场的模拟,与κ-ω类湍流模型相比,κ-ε类模型更适合模拟电除尘器内的电流体动力学流动。κ-ε类湍流模型得到的数值结果准确度与电风效应强度的相关性较弱。对于湍动的预测,当电风作用较强时,RNGκ-ε模型精度最高,电风作用较弱时,Realizableκ-ε模型更合适。

基于电流体动力学喷印法的胶体量子点MEMS气体传感器性能

针对传统的成膜工艺无法实现在百微米级并且结构悬空的微电子机械系统(MEMS)基板上实现气敏薄膜制备的问题,利用电流体动力学(EHD)喷印技术结合氧化钨(WO_(3))胶体量子点进行气敏薄膜的无掩模沉积。考虑MEMS基板对沉积精度和工艺条件要求较高,因此首先基于EHD理论建立EHD喷印的数值模型,模拟锥射流形成过程以及电压、油墨属性等因素对锥射流稳定性的影响,并采用实验进行对比分析,验证仿真的有效性并制备出符合喷印的墨水,后采用EHD喷印制备MEMS气体传感器。实验结果表明,利用EHD喷印方法制备的WO_(3)气体传感器的薄膜致密均匀,在150℃下功耗仅20 mW,对体积分数5×10^(-6)NO_(2)的响应值约为10,能实现体积分数5×10^(-7)~1×10^(-5)的NO_(2)检测,检测下限低至1.6×10^(-7),具有优异的气敏性能。

基于电流体动力学的气泡浮升行为分析

为了研究电流体动力学(EHD)在多相流体间传热传质的促进机理,基于开源计算流体力学软件OpenFOAM对电场作用下单个气泡上浮过程进行数值模拟。实现基于interFoam求解器的电场与流场的双向耦合方法,通过与已有试验结果的对比,验证所采用计算方法的准确性。结果表明,加入电场后,微气泡在短时间内发生剧烈形变与振荡,电场力越大,形变与振荡越明显;此外,在电场作用下,气液相表面张力系数过小将会导致气泡进入失稳状态。

电场作用下的气泡生长动力学特性实验研究

采用高速摄像技术对非均匀电场作用下气泡在无水乙醇中的动力学行为进行可视化研究,结合量纲一化分析,重点研究气体流量和施加电压对气泡生长特性的影响。研究结果表明:气泡的生长过程在无电场和低电场强度下包含成核、稳定增长及颈缩3个阶段,其中稳定增长阶段在高电场强度下难以出现;随雷诺数(Re)和电邦德数(Bo)增大,气泡生长周期缩短,脱离频率和脱离速度加快。以气泡半径表征的气泡动力学特性主要取决于Bo,受Re影响较小;以纵横比(E)表征气泡形态,在无电场情况下,气泡在不同成长阶段对应的E演化特征区别明显,在高Bo条件下,随着电场强度在竖直方向上的快速衰减,E先快速增大而后平稳发展。

星形线电除尘器内EHD流动与粒子行为数值模拟

为了研究星形线电除尘器内电流体动力学(EHD)流动与荷电粒子运动行为及两者间相互作用,构建了线板式电除尘器(ESP)内关于EHD和带电粒子运动学的耦合数值模型.该模型采用有限体积法离散求解电场方程和空间电荷方程,在拉格朗日法下建立带电粒子运动方程,并与FLUENT湍流模型进行耦合.利用这一模型,对3种电场风速下星形线电除尘器内流动形态与粒子运动行为进行了细致模拟,并分析了二次流动对气流、粒子浓度分布的影响.结果表明,星形线电除尘通道内二次流动对流动形态和粒子浓度分布存在显著作用.随电场风速的降低,这一作用将越明显.EHD流动对细小荷电粒子运动的影响更为显著.二次流动产生涡旋并作用于主流来影响粒子运动行为.收尘板面的涡旋挤压粒子流远离壁面向流动中心运动,放电极下游的涡旋则促进粒子流向收尘板壁面靠近.此外,由于捕集通道中强二次流的存在,Deutsch计算式对除尘效率、特别是对于亚微米粒子捕集效率的计算并不准确.

EHD气液混合两相体电晕特性的研究

试验研究了氮气和氧气分别与水组成的气液混合两相体在EHD放电中的电晕特性,研究了气体、液体流量对放电电流、发射光谱及电晕形状的影响。由于氮气参与的放电能够产生更多的紫外线和自由基,氧气参与的放电可以产生臭氧,因而氮气和氧气混合气体参与的放电可能比单纯含氧更有利于处理有机废水。

微尺度下粘弹性介电液体的电水动力学传导泵

电流体动力学传导泵送技术可应用于许多高电场强度状态(10^(6)V/m)下工作的宏观设备.随着热管理设备的广泛开发,微尺度流动生成变得越来越重要.这些设备目前用于冷却小表面面积的高热量流源,并可以在各种电子、控制热传递和航空航天场景中找到.此外,微泵中施加电压的幅度可以显著降低,从而节省能源并实现可靠的流动生成。在本研究中,我们探究了嵌入矩形微通道中传导微泵的动态特性,研究了库仑驱动力、不同通道高度、聚合物弹性和粘度比的影响.结果显示,随着通道高度的增加,电力消耗可以变化两个数量级.随着聚合物浓度的增加,最大速度显著减小,并可以达到与未添加聚合物相比的50%,呈柱塞状分布.流量取决于聚合物浓度,但在聚合物弹性下呈现出非线性曲线.这意味着通过调节粘度比来保持微泵的流量性能可控制,可以为某些受控流量应用提供一些建议.

具有温度梯度的电流体动力学传导的数值研究

本文模拟研究了温度梯度对电传导现象的流动特性的影响,通过有量纲模拟研究了温度对介电液体物性及介电力的影响.为了更好地辨别不同力的影响,本文考虑了具有温度梯度的二维非对称平行电极配置,研究了介电力对电传导机制的流动模式和强度的影响.为此,我们通过增大施加的电场强度和温度梯度来改变作用在流场上的介电力.在此过程中,我们同样讨论了介电力方向对流场的影响.结果表明,与流场中单独存在库仑力的情况相比,介电力的存在显着改变了系统的流动模式和强度随着施加的电场强度和温度梯度的增大,介电力对电传导机制的流动特性的影响增强.

等离子体EHD蠕动加速作用影响因素实验研究

利用粒子成像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)系统,在静止空气中定量测量了对称布局激励器在蠕动加速作用下的诱导速度场。分析了激励参数等因素对等离子体EHD激励蠕动加速作用的影响。通过实验发现:在激励频率固定的情况下,蠕动加速作用下的诱导气流速度随激励电压的升高而增大,上表面电极间距和相邻通道相位差也能显著影响蠕动加速作用。

基于EHD的聚苯乙烯打印工艺研究

采用电流体动力学(EHD)打印方式,以聚苯乙烯(PS)作为打印材料,对打印工艺参数进行了深入的研究。探究了打印溶液的质量分数、喷嘴处施加的工作电压以及基板移动速度对打印线条的形貌及直径的影响。研究结果表明:当PS溶液质量分数为18%时,可以打印得到光滑的线条;在一定范围内,线条的直径随电压增大而增大,随基板移动速度增大而减小。相较于传统静电纺丝技术,使用优化后的参数进行EHD打印的微尺度线条有着更好的沉积精度与控制效果,通过调节工艺参数,成功打印出直径小于5μm的螺旋状与网格状的聚合物图案。

考虑多颗粒近程相互作用的电流变液泊肃叶流动行为

考虑多颗粒近程相互作用 ,利用等效平板电导模型 ,由分子动力学方法模拟了电流变液泊肃叶流动行为 .研究结果表明在外电场作用下 ,流动流体形成柱塞区的时间比由偶极子模型所得结果大为缩短 ,呼吸式跃迁峰值也有很大提高 .依据颗粒在接触区的相互作用解释了跃迁区的形成 .

PDMS微流控芯片中的微通道加工技术

传统加工方法制作PDMS微流控芯片中的微通道存在诸多限制,特别是难以实现复杂三维微通道的加工。首先介绍了微通道的传统加工方法,接着简要介绍了不同3D打印技术的基本原理,最后重点阐述了3D打印技术在PDMS微流控芯片微通道加工中的应用。未来,微流控芯片中微通道的加工将会向着高通量、低成本、高精度、三维化、集成化、微型化的方向发展。3D打印、以纳米压印为主要代表的微纳制造技术与传统微通道成型技术的不断融合,为研究人员提供了更多的思路,必将成为微通道加工中的重要技术手段,推动微流控芯片在生物医学、检验检疫、分析化学等领域更广泛的应用。

非均匀交变电场下液滴破碎与分散行为实验研究

本文基于显微高速摄像技术以及PIV技术实验研究了非均匀交变电场下液滴在不相溶介电液体中的变形、破碎和分散等复杂电流体动力学行为,精确捕捉了不同电场条件下荷电液滴动态行为过程的显微形貌特征以及流动特性,获得了荷电液滴特殊破碎形态,发现了液滴破碎过程中微尺度液滴的形成途径,归纳得到了莲状、冠状两种液滴破碎模式,分析了电参数对不相溶液-液多相分散过程的影响规律。

稳恒磁场对Fe-Si复合电镀层形貌及Si含量的影响

将平均粒径为2μm的Si粉分散于镀铁液中,对水平稳恒磁场下复合电沉积法制备Fe-Si复合镀层过程进行了研究,探讨了磁感应强度及位向、电流密度等对Fe-Si复合镀层形貌及Si含量的影响规律.结果表明,采用竖直电极电镀时,在0—1 T磁感应强度下,无论施加平行磁场还是垂直磁场,镀层Si含量均随着磁场强度的增加而增加,特别对平行磁场而言,镀层Si含量从无磁场的1.23%(质量分数,下同)增加到1 T时的39.80%;采用水平电极电镀时,由于重力沉降效应,阴极镀层Si含量可高达37.94%,然而施加垂直磁场后,复合镀层Si含量随磁感应强度增加而急剧下降,1 T时仅为2.83%,并且阴极镀层表面出现与磁场方向垂直的条状铁基质突出物,同时微米Si颗粒沿着突出物延伸方向分布.在1 T磁场下,无论是水平电极还是竖直电极,施加垂直磁场电镀获得的镀层Si含量均随着电流密度的增大而减小,但竖直电极平行磁场电镀获得的镀层Si含量随着电流密度的增加而先增大后减小,在20 mA/cm2时镀层颗粒含量达到最大值.理论分析表明,施加不同位向的稳恒磁场后,电解液中形成的宏观磁流体动力学(MHD)效应和微区MHD效应,是影响复合镀层形貌和Si含量的关键原因.

电场作用下气泡在介电介质中的形成及聚并特性研究

本文采用高速摄像技术,对非均匀电场作用下气泡在介电介质中的形成及聚并行为进行了可视化实验研究,重点探讨了气体流量和施加电场强度对气泡行为的影响。结果表明,电场强度的增强在缩短气泡形成周期的同时,显著缩小气泡体积,并进一步促进了气泡初始运动速度的提高;随着电场强度的提高,因极化力的主导而存在一个临界电场强度,使得介电介质中气泡的聚并行为特性发生突变,气泡因此能在一定范围内保持相互独立,且临界电场强度值受气体流量不同的影响而存在差异。