電流變懸浮液在poiseuille流場下的動力學(xué)理論及試驗分析.pdf

1、電流變效應(yīng)機(jī)理,由于它的微觀性和復(fù)雜性,直到今天仍然是科學(xué)家的研究課題。無論是前期描述電流變效應(yīng)的靜電極化模型、界面極化模型,還是近期WeijiaWen等提出的基于極化理論的Wetting-induced效應(yīng),都存在諸多質(zhì)疑。盡管專家們在極化理論的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了結(jié)構(gòu)效應(yīng),提出了如極化-結(jié)構(gòu)-流變、極化-耗散-結(jié)構(gòu)-流變等理論模式,但這些對電流變效應(yīng)機(jī)理的描述一般是建立在靜態(tài)流動場和準(zhǔn)靜態(tài)流動場的觀察中,它不能充分地描述電流變材料的動力學(xué)行

2、為。前期對電流變效應(yīng)所進(jìn)行的研究工作中存在的缺陷是忽視了動態(tài)下的觀察和研究,這對電流變材料的應(yīng)用研究來說,無疑是不利的。
　　本文是以S.SZhu等所做的電流變懸浮液應(yīng)用于流體動力傳輸?shù)脑囼炦^程為研究背景,來展開對電流變懸浮液在Poiseuille流場下的動力學(xué)進(jìn)行研究的。主要研究工作如下:
　　(1)在偶極模型、Maxwell一Wagner模型等原有模型基礎(chǔ)上,引入電流變液顆粒偶極矩的大小和方向在顆粒旋轉(zhuǎn)時的變化,通過參考

3、J.G.Cao等所提出的模型,建立了一個修改了的Maxwell一Wagner模型。并以該模型為基礎(chǔ),理論分析了不同介電性質(zhì)電流變液材料的偶極矩傾角、總偶極矩隨剪切頻率變化關(guān)系,以尋求理論上的最佳抗剪切變稀性能的電流變液材料。最后理論分析了電流變液顆粒在Poiseuille流場下的流動形式,以揭示不同流道寬、電場強(qiáng)度等對負(fù)載流量,或工作壓差的作用及影響規(guī)律,以此為的實(shí)驗研究提供可靠的理論依據(jù)。
　　(2)運(yùn)用靜電能密度方程對基于俘獲

4、效應(yīng)的“結(jié)構(gòu)-力”動態(tài)耦合數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了理論推導(dǎo)和分析。然后以修正的Maxwell-Wagner模型為基礎(chǔ),采用分子動力學(xué)方法,推導(dǎo)出在Poiseuille流場下的電流變懸浮液顆粒的無量綱動力學(xué)方程,進(jìn)而采用周期性邊界條件,模擬了顆粒在不同電場情況下,在不同壓力梯度場情況下的運(yùn)動情況,并重點(diǎn)討論和分析了電流變懸浮液顆粒在Poiseuille流場下由于俘獲效應(yīng)的影響,所引起的動力學(xué)特性。最后,對于不同電場強(qiáng)度時,相對粘度隨壓力梯度變化關(guān)系

5、及電流變懸浮液顆粒在恒定電場時,壓力梯度值不斷遞增時的終態(tài)結(jié)構(gòu)變化規(guī)律進(jìn)行了仿真,以探討電流變懸浮液在Poiseuille流場下的流變特性及尋求最佳壓力梯度值。
　　(3)對整個實(shí)驗系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和選型。重點(diǎn)討論了試驗元件對階躍信號的動態(tài)響應(yīng)特性以及實(shí)驗元件在不同電場強(qiáng)度、工作時間下的介電常數(shù)的測量結(jié)果,從實(shí)驗研究的角度出發(fā),論證了,在Poiseuille流場中,在恒電場下,隨著時間的增加,電敏顆粒呈鏈狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)致固相分率隨