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保正的Poisson-Nernst-Planck方程的有限差分格式
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作者 丁洁 裴梓婷 《长春工业大学学报》 2023年第5期399-404,共6页
提出一种简单有效的有限差分方法求解含有多种离子的二维Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程。基于调和平均近似,对Nernst-Planck(NP)方程提出新的中心差分离散。在时间上使用向后欧拉离散导出线性化半隐格式。对于时间步长没有任何约束,... 提出一种简单有效的有限差分方法求解含有多种离子的二维Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程。基于调和平均近似,对Nernst-Planck(NP)方程提出新的中心差分离散。在时间上使用向后欧拉离散导出线性化半隐格式。对于时间步长没有任何约束,数值分析可以证明该格式遵循离子质量守恒性和离子浓度正性。此外,对半隐式NP格式的条件数进行理论与计算研究,进一步揭示该格式在计算效率和稳定性方面的优势。 展开更多
关键词 poisson-nernst-planck方程 调和平均 Slotboom变量 正性 条件数
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一种求解稳态Poisson-Nernst-Planck方程的线性化的两网格方法 被引量:1
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作者 李雪芳 阳莺 《桂林电子科技大学学报》 2017年第2期169-172,共4页
为了快速求解非线性稳态Poisson-Nernst-Planck方程,提出一种线性化的两网格方法。利用粗网格空间上的解,将细网格空间上的原始方程转换成线性的方程,以提高Poisson-Nernst-Planck方程的计算效率。数值实验结果表明,该方法对于三维的Poi... 为了快速求解非线性稳态Poisson-Nernst-Planck方程,提出一种线性化的两网格方法。利用粗网格空间上的解,将细网格空间上的原始方程转换成线性的方程,以提高Poisson-Nernst-Planck方程的计算效率。数值实验结果表明,该方法对于三维的Poisson-Nernst-Planck是有效的。 展开更多
关键词 poisson—nernst—planck方程 两网格有限元法 线性化
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一类Poisson-Nernst-Planck方程的两网格有限元离散方法
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作者 唐鸣 阳莺 李雪芳 《吉林大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2019年第3期523-529,共7页
应用两网格有限元方法离散求解一类Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程.通过两网格离散,将耦合PNP系统解耦成较小规模的线性对称系统,可有效降低计算复杂度.理论结果表明,线性对称化的两网格算法具有与传统有限元方法相同的误差阶;数值结... 应用两网格有限元方法离散求解一类Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程.通过两网格离散,将耦合PNP系统解耦成较小规模的线性对称系统,可有效降低计算复杂度.理论结果表明,线性对称化的两网格算法具有与传统有限元方法相同的误差阶;数值结果表明,相比于传统有限元方法,该方法计算效率更高. 展开更多
关键词 poisson-nernst-planck(pnp)方程 两网格方法 有限元方法 线性化 对称化
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基于PNP模型微通道内幂律流体电渗流数值模拟 被引量:1
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作者 申力 李鸣 杨大勇 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2015年第9期570-575,共6页
基于Poisson-Nernst-Planck(PNP)模型,采用有限元法(FEM)耦合求解了双电层(EDL)电势分布和离子输运PNP方程、流体柯西动量方程和连续性方程以及幂律流体本构方程,研究了外加电场、Zeta电势以及幂律流体特有的幂律指数、稠度系数对二维... 基于Poisson-Nernst-Planck(PNP)模型,采用有限元法(FEM)耦合求解了双电层(EDL)电势分布和离子输运PNP方程、流体柯西动量方程和连续性方程以及幂律流体本构方程,研究了外加电场、Zeta电势以及幂律流体特有的幂律指数、稠度系数对二维平板微通道内非牛顿幂律流体电渗流(EOF)的影响。研究表明:EOF速度的大小会受幂律指数、稠度系数、外加电场和Zeta电势的影响;幂律指数越小,EOF速度对上述参数的影响越敏感;在壁面附近,EOF速度从零发展到最大值时相对壁面的距离仅受幂律指数的影响,且随着幂律指数的减小而减小;壁面附近EDL电势分布会受Zeta电势的影响,不受幂律指数、稠度系数和外加电场等参数的影响。 展开更多
关键词 电渗流 微通道 幂律流体 poisson-nernst-planck(pnp)模型 数值模拟
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坐标变换法数值求解微通道行波电场电渗流 被引量:1
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作者 陈波 吴健康 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期245-251,共7页
采用坐标变换法数值求解了耦合的Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程和Navier-Stokes(NS)方程,研究二维狭窄微通道行波电场电渗流数值解.数值结果表明,坐标变换法能有效降低电渗流解数值解在双电层的高梯度,有效改善数值解的收敛性和稳定性... 采用坐标变换法数值求解了耦合的Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程和Navier-Stokes(NS)方程,研究二维狭窄微通道行波电场电渗流数值解.数值结果表明,坐标变换法能有效降低电渗流解数值解在双电层的高梯度,有效改善数值解的收敛性和稳定性.坐标变换的电渗流数值解和原始坐标下的数值解完全一致.坐标变换后采用简单的网格也能得到和原始坐标下复杂网格相同的解.给出了滑移边界的近似解与完整的PNP-NS数值解的比较.在双电层厚度与微通道深度比值(λ/H)很小的情况下(相对深通道),两者的解基本一致.但在λ/H较大时(相对浅通道)滑移边界的解高于电渗流速度. 展开更多
关键词 行波电场电渗流 坐标变换 双电层 poisson—nernst—planck(pnp)方程
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行波电渗流微泵的数值模拟和微泵流量影响参数研究
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作者 陈波 晁侃 吴健康 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期590-594,共5页
采用耦合的Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程和Navier-Stokes(NS)方程,研究二维狭窄微通道行波电场电渗流数值解。将计算结果与普遍采用的滑移边界近似解进行了比较。结果表明:在边界滑移模型适用的范围内,两种算法具有较好的一致性,从... 采用耦合的Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程和Navier-Stokes(NS)方程,研究二维狭窄微通道行波电场电渗流数值解。将计算结果与普遍采用的滑移边界近似解进行了比较。结果表明:在边界滑移模型适用的范围内,两种算法具有较好的一致性,从而验证了耦合PNP方程算法的正确性;当双电层厚度较大、行波信号幅值较大时,采用耦合PNP方程更为合理。 展开更多
关键词 行波电渗流 滑移边界 pnp方程 NS方程
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Two-dimensional equations for thin-films of ionic conductors 被引量:1
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作者 Shuting LU Chunli ZHANG +1 位作者 Weiqiu CHEN Jiashi YANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2018年第8期1071-1088,共18页
A theoretical model is developed for predicting both conduction and diffusion in thin-film ionic conductors or cables. With the linearized Poisson-Nernst-Planck(PNP)theory, the two-dimensional(2D) equations for thin i... A theoretical model is developed for predicting both conduction and diffusion in thin-film ionic conductors or cables. With the linearized Poisson-Nernst-Planck(PNP)theory, the two-dimensional(2D) equations for thin ionic conductor films are obtained from the three-dimensional(3D) equations by power series expansions in the film thickness coordinate, retaining the lower-order equations. The thin-film equations for ionic conductors are combined with similar equations for one thin dielectric film to derive the 2D equations of thin sandwich films composed of a dielectric layer and two ionic conductor layers. A sandwich film in the literature, as an ionic cable, is analyzed as an example of the equations obtained in this paper. The numerical results show the effect of diffusion in addition to the conduction treated in the literature. The obtained theoretical model including both conduction and diffusion phenomena can be used to investigate the performance of ionic-conductor devices with any frequency. 展开更多
关键词 ionic conduction and diffusion linearized poisson-nernst-planck(pnp) theory two-dimensional(2D) equation ionic conductor thin-film
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Numerical Investigation of Traveling Wave Electroosmotic Flows in A Microchannel 被引量:1
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作者 Bo Chen Jiankang Wu Han Chen 《Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology》 2012年第2期280-285,共6页
In this paper, a coordinate transformation method (CTM) is employed to numerically solve the Poisson–Nernst–Planck (PNP) equation and Navier–Stokes (NS) equations for studying the traveling-wave electroosmotic flow... In this paper, a coordinate transformation method (CTM) is employed to numerically solve the Poisson–Nernst–Planck (PNP) equation and Navier–Stokes (NS) equations for studying the traveling-wave electroosmotic flow (TWEF) in a two-dimensional microchannel. Numerical solutions indicate that the numerical solutions of TWEF with and without the coordinate transformation are in good agreement, while CTM effectively improves stability and convergence rate of the numerical solution, and saves computational cost. It is found that the averaged flow velocity of TWEF in a micro-channel strongly depends on frequency of the electric field. Flow rate achieves a maximum around the charge frequency of the electric double layer. The approximate solutions of TWEF with slip boundary conditions are also presented for comparison. It is shown that the NS solution with slip boundary conditions agree well with those of complete PNP-NS equations in the cases of small ratios of Electric double layer(EDL) thickness to channel depth(λD/H). The NS solution with slip boundary conditions over-estimates the electroosmotic flow velocity as this ratio(λD/H) is large. 展开更多
关键词 TRAVELING-WAVE ELECTROOSMOTIC Flow (TWEF) Coordinate Transformation Method(CTM) Electric Double Layer (EDL) poisson-nernst-planck(pnp) Equations
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电冶金过程中熔融FeO中离子电化学输运模拟研究
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作者 刘顺娣 李宝宽 +2 位作者 于洋 韵晨成 欧海彬 《铁合金》 2021年第2期25-29,共5页
介绍了在离子输运和电化学反应理论基础上,建立了二元对称电解质FeO电化学输运的数值模型,模型包括两个平行平板电极和熔融FeO电解质。采用有限体积法对无量纲Poisson-Nernst-Planck方程和非线性Butler-Volmer方程进行求解,模拟离子的... 介绍了在离子输运和电化学反应理论基础上,建立了二元对称电解质FeO电化学输运的数值模型,模型包括两个平行平板电极和熔融FeO电解质。采用有限体积法对无量纲Poisson-Nernst-Planck方程和非线性Butler-Volmer方程进行求解,模拟离子的电迁移和扩散行为。同时分析了稳态电解质内的离子浓度、电荷密度和电势的变化。研究表明:受外加电压的影响,O2-向阳极迁移。Fe^(2+)因参与法拉第反应,在阴极积累。当外加电压分别为0.1 V、0.2 V、0.3 V时,X=0.05 mm处的电势分别为-0.029 V、-0.016 V、-0.006 V。随着外加电压的增大,电极附近的电势梯度逐渐增大,阴极和阳极电荷密度差值也逐渐增大。 展开更多
关键词 数值模拟 poisson-nernst-planck方程 电势 法拉第反应 亚铁离子
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