电动流体中颗粒与壁面相互作用模型的研究-测试计量技术及仪器专业论文.docxVIP

An Investigation on Modeling of the Particle-wall Interactions in Electrokinetic Flow By Bingying Sheng A Dissertation Submitted to China Jiliang University In partial fulfillment of the requirement For the degree of Master of Engineering China Jiliang University March, 2015 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中国计量学院 或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 中国计量学院 有关保留、使用学位论文的 规定。特授权 中国计量学院 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借 阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（必威体育官网网址的学位论 文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 致 谢 三年前，我开始了作为中国计量学院研究生的学习生活，如今，毕业在即， 也意味着研究生的学习生涯将要结束，在这里我要感谢许多在工作学习和生活 中给过我帮助的良师益友。 首先，深深地感谢我的导师张凯副教授。一日为师终身受益。在为期近三 年的硕士学习期间，张凯老师悉心的指导、严谨的态度、渊博的知识是我学习 研究中最大的支持。在这里向我的恩师致以最诚挚的感谢。祝福张老师万事如 意、身体健康、工作顺利！ 其次，感谢中国计量学院流体检测与仿真研究所内的全体老师给予我的指 导和帮助。特别感谢苏中地老师以及凃程旭老师，在我的硕士学习期间给予了 我监督与指导。感谢我的同门师姐秘晓静，感谢她对我论文完成工作的帮助， 以及在生活方面给予我的关心指导。感谢仰仪北楼 404 实验室的全体成员，让 我度过了快乐的三年，感谢他们的陪伴与帮助，怀念与他们一起度过的快乐时 光。 最后，衷心感谢我的家人，家人对我的学习生活提供了最大的帮助，给了 我最大的精神动力，我希望家人永远健康、快乐！ 硕士学习阶段结束，我即将步入社会，开始新的人生。向过去三年，乃至 过去七年的大学生活说再见。向过去所有曾经出现在我生命里，帮助和关心过 我的人表示感谢！ 盛冰莹 2015 年 3 月 I I PAGE PAGE VI 电动流体中颗粒与壁面相互作用模型的研究 摘要：颗粒一直是气固多相流动研究的基本研究对象，为了更加精确地对气固 多相流进行研究，就需要对流体中颗粒作用规律进行系统的研究。 本文主要对电动流体作用下颗粒与壁面相互作用的模型进行了理论计算、 数值模拟以及实验研究，主要的研究工作及结果如下： (1) 本文针对电动流体中的流场、电场、温度场以及浓度场进行描述，构建 多物理场控制方程组。并对颗粒在碰撞与凝并过程中的受力进行了系统的分析， 获得了范德华力、弹性形变力、重力以及壁面排斥力的表达式，并通过 Maxwell 速度分布获得颗粒碰撞效率的求解方法。 (2) 基于电动流体理论，通过 Fluent 用户自定函数(UDF)接口，编写描述电 动流体电场、流场、浓度场控制方程、边界条件在内的 C 语言程序，针对嵌入 不同形状导电颗粒的微直通道进行数值模拟研究。获得了不同边界条件下，嵌 入不同形状颗粒的微直通道的流场情况。 (3) 搭建基于 Micro-PIV 技术的可视化实验台，开展对于电动流体中颗粒— 壁面相互作用的实验研究，基于电动流体理论，设计嵌入圆形导电颗粒的微直 通道芯片，对附加直流电场 50V 的导电颗粒周围流型进行研究。一定程度上验 证了本研究数值模拟的正确性，为开展后续实验提供了基础。 (4) 基于颗粒—壁面碰撞模型，通过理论计算获得不同电场强度下压缩阶段 碰撞角度、颗粒的初速度与最大压缩距离之间的关系以及回弹阶段壁面的速度 回落到 0 时压缩距离的值与最大压缩距离之间的关系，并获得了颗粒与壁面碰 撞的碰撞效率。 关键词：电动流体；微粒子图像测速；颗粒；碰撞 分类号：中图分类号 O361.4；UDC 532 An Investigation on Modeling of the Particle-wall Interactions in El