電解質(zhì)在電磁場作用下的流動研究.pdf

1、作為經(jīng)典流體力學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)三者的有機(jī)結(jié)合體，計(jì)算流體力學(xué)異軍突起，得到不斷發(fā)展和壯大，成為科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的有效手段。理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬三者相互滲透，不僅推動了流體力學(xué)理論的新發(fā)展，而且加強(qiáng)了流體力學(xué)的工程應(yīng)用。磁流體推進(jìn)系統(tǒng)以其獨(dú)特優(yōu)勢成為21世紀(jì)一種頗有發(fā)展前途的船舶推進(jìn)方式，對流體流動過程的計(jì)算機(jī)模擬和數(shù)值計(jì)算在理論指導(dǎo)實(shí)踐方面意義深長，值得探索、開發(fā)和實(shí)踐。 從導(dǎo)電的液體處在電場和磁場當(dāng)中受力

2、出發(fā)，分析了電解質(zhì)溶液在電磁場中的驅(qū)動能力與運(yùn)動情況，闡述了電磁流動模型，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)裝置，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用強(qiáng)大的數(shù)值分析方法將通道內(nèi)的電解質(zhì)溶液進(jìn)行耦合場分析，得到理論、實(shí)踐和模擬分析的具體結(jié)果。 首先，分析電解質(zhì)溶液在電磁場中驅(qū)動的機(jī)理，建立出理想條件下的體積力數(shù)學(xué)模型，推得電解質(zhì)溶液在直流與交流電磁力驅(qū)動下的數(shù)學(xué)模型和運(yùn)動方程，得到電場和磁場與運(yùn)動的關(guān)系。 其次，設(shè)計(jì)電磁驅(qū)動的WHLT-1型流動顯示實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)

3、計(jì)減小觀察驅(qū)動場區(qū)域的入口速度的方法及設(shè)施元件，構(gòu)造流場觀察布光的最佳方案與設(shè)備；設(shè)計(jì)光電檢測實(shí)驗(yàn)裝置對待測流場驅(qū)動和速度驅(qū)動時測量電解質(zhì)溶液流動的速度方法，得到電解質(zhì)溶液的流速與電壓、電流的數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)應(yīng)用CCD觀察與拍攝流場流動圖像的方法，采用圖像分析與轉(zhuǎn)換技術(shù)得到分析與處理流場的矢量圖等數(shù)據(jù)。采用實(shí)物拍攝獲得電解質(zhì)溶液驅(qū)動分布圖像和不同時刻的流場分布等圖像內(nèi)容。 第三，應(yīng)用格子Boltzmann數(shù)值方法分析推導(dǎo)了二維九點(diǎn)格子

4、模型從微觀到宏觀的轉(zhuǎn)變，得到演化方程，并對格子Boltzmann方法的初始條件、適用范圍和邊界條件設(shè)定進(jìn)行了細(xì)致探討，獲得了修正添加體積力的分析方程，結(jié)合本問題的選擇模型，編制了二維格子Boltzmann方法計(jì)算軟件，獲得了可視化計(jì)算結(jié)果演示，并驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為后期對比提供支持，發(fā)掘出該方法在本問題中的物理本質(zhì)，增進(jìn)對該方法的本質(zhì)上的認(rèn)識。 第四，使用有限元法對通道內(nèi)的電解質(zhì)溶液進(jìn)行電磁驅(qū)動分析，推得耦合的離散化分析方程，應(yīng)用