旋转微管道中压力驱动流的流向势分析

发布时间：2020-05-11 19:06

【摘要】：本文在低zeta势近似下,讨论了旋转微管道中的流向势和电动能量转换效率.通过求解电势满足的Poisson-Boltzmann方程和速度满足的Navier-Stokes方程,得到了电解质溶液中流向势和电动能量转换效率的解析解.通过数值计算,分析了无量纲电动宽度K、无量纲旋转角速度ω对流向势的影响.结果表明,当无量纲旋转角速度ω增加时,主流方向的流向势减小,由旋转诱导方向的流向势先增加后减小.当电动宽度K增加时,主流方向和二次流方向的流向势都在减小.此外,详细讨论了其他无量纲参数包括电动宽度,壁面电势,无量纲旋转角速度等对电动能量转换效率的影响.壁面电势增大会导致电动能量转换效率的增加.与平行板不旋转时相比,旋转能提高电动能量转换效率.这些理论结果对旋转微纳米管道流动系统的能源获取具有指导性意义.
【图文】：

般性. 因此, 微平行管道的三维物理模型可以简化为一维模型, 横截面如图 1(b)所示.图1 (a)三维物理模型示意图 (b)微管道的横截面Fig. 1. (a) Schematic of 3-D physical model (b) Cross section of the microchannel.3.1.1 电势分布根据双电层理论, 电势ψ*满足 Poisson-Boltzmann 方程

将方程(27)－(33)合并, 可得到电动能量转换效率GudzRKuEEprsxsy 1022224() , (34)其中 up等的表达式详见附录 A.3.2 结果验证为了验证本文的结果, 速度和流向势与文献[26, 38]做对比. Vasu 和 De[30]研究了微管道中压力驱动流的幂律流体的流向势. 得到了不同行为指数 n=1, n=1/2,n=1/3 对应的幂律流体的流向势和速度的解析解. 当行为指数 n=1 时, 幂率流体转变成牛顿流体[26]. 从图 2 观察到, 忽略旋转效应时, 流向势和速度与 Vasu 和De[26]的解析解一致. 文中还进一步与 Zhao 等[38]比较流向势和速度. 从图 2 中观察到, 这些剖面图也是重合. 相关的物理参数标注在图像下方. 下面将会讨论旋转效应存在时的流向势, 速度以及能量转换效率的变化.
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O646

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本文编号：2658923