電流變懸浮液在poiseuille流場下的動力學理論及試驗分析.pdf

1、電流變效應機理,由于它的微觀性和復雜性,直到今天仍然是科學家的研究課題。無論是前期描述電流變效應的靜電極化模型、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,都存在諸多質(zhì)疑。盡管專家們在極化理論的基礎上補充了結構效應,提出了如極化-結構-流變、極化-耗散-結構-流變等理論模式,但這些對電流變效應機理的描述一般是建立在靜態(tài)流動場和準靜態(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行

2、為。前期對電流變效應所進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流場下的動力學進行研究的。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上,引入電流變液顆粒偶極矩的大小和方向在顆粒旋轉時的變化,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,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、電場強度等對負載流量,或工作壓差的作用及影響規(guī)律,以此為的實驗研究提供可靠的理論依據(jù)。
　　(2)運用靜電能密度方程對基于俘獲

4、效應的“結構-力”動態(tài)耦合數(shù)學模型進行了理論推導和分析。然后以修正的Maxwell-Wagner模型為基礎,采用分子動力學方法,推導出在Poiseuille流場下的電流變懸浮液顆粒的無量綱動力學方程,進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動情況,并重點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的影響,所引起的動力學特性。最后,對于不同電場強度時,相對粘度隨壓力梯度變化關系

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)結構變化規(guī)律進行了仿真,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)對整個實驗系統(tǒng)進行了設計和選型。重點討論了試驗元件對階躍信號的動態(tài)響應特性以及實驗元件在不同電場強度、工作時間下的介電常數(shù)的測量結果,從實驗研究的角度出發(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)絡結構以及導致固相分率隨