基于诱导电渗流的颗粒分选数值模拟研究

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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: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。
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