基于诱导电渗流的颗粒分选数值模拟研究

摘要

颗粒连续分选在多个领域具有重要的需求。为快速评价船舶压载水处理效果、鉴定压载水中微生物存活状态，开发一种能够根据生物相对介电常数差异的颗粒分选方法显得尤为迫切。此外，根据尺寸的差异分选滑油中不同粒径的磨粒，可为机械设备的保养维护和故障整修提供必要的信息。
　　本文提出一种基于诱导电渗流进行颗粒分选的方法，即通过利用不同属性颗粒直流电场下形成的诱导电渗流强度不同，达到颗粒分选的目的。本文的主要研究内容如下:
　　(1)基于电介质极化理论，研究了任意形状和介电常数颗粒的表面诱导zeta电势，推导得出了计算表面诱导zeta电势的数值求解表达式:φ1=εr1-εr2-1/εr1（-φ2+1/A∫φ2dA）并对其进行验证，证明了该表达式适用于任意表面形状、任意相对介电常数的电介质;
　　(2)设计了基于诱导电渗流的颗粒连续分选系统，建立了颗粒分选模型中描述电场、流场、颗粒运动及固-液界面追踪等物理场的控制方程、边界条件及初始条件的数理模型，并对其分选性能进行了数值模拟研究，实现了基于颗粒尺寸和介电常数差异的连续分选;
　　(3)获得了一个可表征颗粒周围诱导电渗流形成的涡与通道壁面相互作用强度的无量纲参数C=εr1-εr2-1/εr1 D2/4W1d,通过比较此参数与临界值的关系，能够准确预测不同颗粒在所设计通道中的流动方向。
　　本文的研究对于发展相应的颗粒连续分选技术具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 经典电动现象

1．2．1 双电层

1．2．2 电泳

1．2．3 电渗流

1．3 诱导电动现象

1．3．1 国内外研究现状

1．3．2 诱导电渗流的形成

1．4 研究目的及内容

第2章 任意电介质诱导zeta电势的研究

2．1 任意电介质诱导zeta电势的推导

2．1．1 电介质极化理论

2．1．2 任意电介质表面诱导zeta电势的推导

2．2 表面诱导zeta电势求解方法验证

2．3 表面诱导zeta电势公式的应用

2．4 本章小结

第3章 基于诱导电渗流的颗粒分选系统及其建模研究

3．1 系统设计及工作原理

3．2 分选通道几何模型

3．3 颗粒分选数学物理模型

3．3．1 电场控制方程及边乔条件

3．3．2 流场控制方程、初始条件及边界条件

3．3．3 颗粒运动控制方程、载荷及初始条件

3．3．4 固-液界面追踪方法

3．4 网格无关性验证

3．5 本章小结

第4章 基于诱导电渗流的颗粒分选性能研究

4．1 基于颗粒尺寸差异的分选

4．2 基于颗粒介电常数差异的分选

4．3 颗粒分选性能分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介