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离子选择性表面(如纳米通道、离子交换膜等)复杂的动力学现象为微纳流控技术的发展提供了新思路. 向带有离子选择性表面的电解质溶液施加电压, 通过液体的电流密度会经历复杂的非线性变化过程; 当电压超过某一临界值时会引发对流现象, 这种流动被称为第二类电渗或离子选择性表面的电对流, 关于此类问题的数值求解引发了大量的研究. 本文提出一种基于多块网格加密的格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method, LBM)的数值模型, 用于模拟第二类电渗流动. 结合该算法, 给出了求解流动、电势和离子浓度的网格信息交换方程, 较好地解决了此类问题中大浓度梯度边界对计算分辨率的要求. 利用该数值模型模拟获得的电流?电压特性曲线先随着电压升高而迅速增大, 随后达到饱和状态, 与理论解吻合良好. 此外, 模拟结果还表明, 当流动发生后, 相对低电压下的流动倾向于形成大涡且流动呈指数趋势增强; 而较大电压则会先激发多个小涡, 并逐渐合并为大涡流动, 且大涡流动有更高的离子输运效率. 此外, 除了模拟离子选择性表面的电对流现象, 本文提出的数值格式还可拓展到其他电流体动力学问题的模拟. 相似文献
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