密集颗粒群的介电泳相互作用及频率效应的研究

发布时间：2024-05-18 02:53

　　在介电泳颗粒操控过程中,大数量的密集颗粒由于距离过近,受到电场极化后会发生介电泳相互作用,形成链式结构或者聚集成团,这种相互作用会影响到颗粒分离效果。另一方面,颗粒介电泳相互作用以及成链特性可以应用于颗粒装配技术,在微制造、环境健康、新材料等领域有很多新的应用前景。如何准确高效地分析计算密集颗粒在电场中的介电泳相互作用是当前一个热门的研究课题。麦克斯应力张量法(MST)是理论上最严格的颗粒介电力算法,但是计算量巨大,且数值误差和不确定性难以控制,目前只能用于计算二维电场中少数几个颗粒的相互作用。迭代偶极矩法(IDM)是当前模拟大数量密集颗粒介电泳相互作用的最新算法,无需复杂的数值计算,应用简单且具有较高的精度。本文利用MST法和IDM法,对二维和三维电场中,密集颗粒群的介电泳相互作用的本质特征进行了计算模拟,重点研究了交变电场频率对颗粒介电泳相互作用,以及颗粒成链成团特征的影响。论文完成如下工作:论文研究了二维均匀直流(DC)电场中颗粒的介电泳相互作用。采用有限元模型和任意拉格朗日-欧拉法(ALE)算法对电场-流场-颗粒运动进行了全耦合动态计算模拟,论文对同类颗粒,异类颗粒,以及不同尺...

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１介电泳原理图：颗粒在非均匀电场中极化为偶极子并产生净力的作用，根据颗粒与电解质??溶液极化率的不同分为：（ａ）正介电巧和（ｂ）负介电泳

华中科技大学博壬学位论文??产生定向移动（正电荷与负电荷移动方向相反），并聚集在颗粒两端与溶液的内外交界??面处，如图１－１所示。根据颗粒与溶液的极化率（外电场作用下在交界面处累积电荷的??能力）的不同，交界面内外的电荷数量会产生差异。当颗粒的极化率大于溶液时，更多??的电荷聚集....

图１－２等效偶极矩法模型：将颗粒用一个能产生相同电势分布的电偶极矩代替

人们提出了另一种方法，叫做等效偶极矩法。对于各向同性均匀的中??性介电颗粒，该方法利用一个可从产生相同电势分布的点偶极矩来代替颗粒内部极化??的电荷，如图１－２所示。偶极矩由两个大小相等，符号相反并拉开一定距离的点电荷??组成。偶极矩产生的电场可Ｗ近似替代受到外部电场极化后的颗粒....

图１－３三科Ｉ不同颗粒的Ｃ－Ｍ因子的实部Ｒｅ（Ａ〇随电场频率的变化

粒表现为正介电泳；当Ｒｅ（巧＜０，颗粒表现为负介电泳。当Ｒｅ（Ａ：）＝０，颗粒介电泳力为??零，此时的电场频率也叫做交叉频率。Ｈ种不同介电参数的颗粒的Ｒｅ（巧随电场频率??的变化如图１－３所示，其中￡。＝８．８５４＾１〇－叫／１１１为真空介电常数。从图中可＾看出，通??过调节电场....

图１＂４单层责颗粒简化为均质颗粒示意图

本文编号：3976348