均匀带电椭球的静电自能——“‘带电厚椭球壳空腔内的电场’一文的补充”续

计算一般形状的均匀带电椭球的静电自能,该椭球是由非导体构成的.方法是把该椭球分割成无限多个与其共轴的、等偏心率的薄椭球壳,通过考虑各个薄椭球壳的自能和它们之间的相互作用能,导出均匀带电椭球的静电自能公式.     

形状渐变的颗粒与沉降液的相互作用

工业过程中存在大量的含非球形颗粒的多相流动,研究这类颗粒与流体的相互作用有重要的应用价值。本文选择底面为方形、形状随边长和高度规律变化的长方体颗粒,采用单颗粒沉降法测量了曳力系数,研究了形状变化、材料密度和沉降液黏度的影响。发现曳力系数在整个颗粒Re_p数范围(0.05～6300)内均高于球形颗粒,特别是采用阿基米德数Ar与Re_p数可揭示出所有数据的内在规律,提出了适用于这类长方体颗粒所有形状的统一曳力模型。     

全尺度方法对颗粒与流体之间相交换量研究

本文采用了内嵌边界多重直接力算法全尺度计算研究了三维空间中颗粒群在重力作用下沉降时,颗粒群与流体之间的相互作用过程。结合多相流的欧拉-欧拉双流体模型方法中对颗粒群与流体之间相互作用力的处理方式,分析了颗粒与流体之间的相交换量。并把全尺度计算得到的颗粒群与流体之间的相交换量与本文中提到的单颗粒受力模型(SPM)和颗粒群受力模型(GPM)对相互作用力进行了比较分析。     

尘埃等离子体

 尘埃等离子体是一种复杂的物质形态,由普通的等离子体和悬浮在其中的固体颗粒组成。一般的等离子体由带负电的电子和带正电的离子组成,再加入固体颗粒就形成三组分的物质(图1)。等离子体中的作用主要是静电的相互作用,而悬浮在等离子体中的颗粒一般也是带电的,所以这些颗粒也参与了与其他两种粒子的相互作用,使这种物质形态内的过程更复杂。     

工业中粉体颗粒的荷电机理及数值模拟方法

工业过程中粉体颗粒不可避免地会相互摩擦碰撞而荷电. 荷电颗粒的存在可能会危害正常的工业生产过程, 也可能对工业过程起促进作用. 因此, 荷电粉体颗粒及其特性受到了广泛的关注, 但目前对粉体颗粒的荷电机理依然缺乏透彻的了解, 尤其是在气固两相流动中的粉体颗粒荷电现象. 事实上, 工业中存在的粉体颗粒的运动都受到流体的影响, 是典型的气固两相流系统, 流体对粉体颗粒的作用使粉体颗粒接触的荷电现象变得更为复杂, 因此从两相流动的观点来研究粉体颗粒荷电的物理本质就显得越来越重要. 本文介绍了工业过程中的几种不同类型的粉体颗粒荷电行为, 回顾了颗粒的荷电机理与描述颗粒荷电的数学模型. 对于工业过程中颗粒的荷电现象及颗粒在多相流体中的动力学行为, 介绍了研究颗粒受流体影响时荷电特性的数值模拟方法. 本文旨在对粉体颗粒的荷电机理、应用以及研究方法进行梳理与探讨, 为正确认识工业过程中粉体颗粒的荷电现象并加以控制利用提供理论借鉴.     

细颗粒间相互作用力的研究

对微米、近亚微米尺度的细颗粒间相互作用过程的显微观察发现,细颗粒间具有"吸引-旋绕-排斥"的相互作用行为.受力分析表明,包含范德华力、静电库仑力和电像力的传统颗粒间作用力模型不能解释这种相互作用行为.根据细颗粒的荷电特性,提出细颗粒间还具有诱导偶极子作用力.通过引入偶极子作用力改进了细颗粒间作用力模型,利用新的模型对细颗粒间相互作用进行了模拟,得到了和实验相同的相互作用行为,并且对影响细颗粒相互作用的参数进行了分析.提出投入大颗粒和增加外静电场等都是促进颗粒凝并的有效措施.     

Cu13团簇几何和电子结构的密度泛函研究

利用遗传算法结合Gupta原子间相互作用势,采用密度泛函理论,系统研究了带电 团簇的基态与低激发态的几何结构和电子结构并与中性Cu13团簇进行了对比．计算结果表明：对 Cu13（中性及带电）团簇,高对称性几何构型在众多异构中无能量竞争性优势,团簇基态结构皆为非紧致低对称性结构,对 负电Cu13找到一种新的低对称性最低能结构;带电明显影响团簇结构稳定性,带电Cu13团簇与中性Cu13团簇的结构稳定性序列显著不同;基态 Cu13（中性及带电）团簇的具有磁矩最小化效应,而其高对称性结构则有较大磁矩;计算所得Cu13团簇电离能及电子亲和势与实验结果相符．     

溶解与热对流对固体颗粒运动影响的直接数值模拟

对牛顿流体内溶解与热对流对单颗粒在垂直管道中的沉降运动进行了直接数值模拟.流体运动由守恒方程计算,密度和黏性的变化考虑流场温度变化的影响,通过积分黏性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动,溶解引起的相变及其形状的变化由溶解潜热、溶解质量与分散相边界处的温度梯度的关系建立的方程决定.通过颗粒和流体间相互的作用力和力矩及边界条件的施加实现相间耦合.分别模拟了颗粒在等温流体、热流体、冷流体及颗粒溶解四种情况下的沉降过程.结果表明,在一定雷诺数内,热对流产生的颗粒尾迹处涡的脱落以及溶解引起的颗粒表面形态的变化引起了颗粒的横向摆动,并使颗粒沉降速度发生了变化. 关键词： 溶解 热对流 颗粒两相流 直接数值模拟     

长形颗粒静电发生的实验研究

在颗粒输气力送过程中,由于颗粒和管道壁面接触产生静电,给工业生产带来了很多问题和安全隐患。目前颗粒形状对静电产生影响的研究十分有限。本文研究颗粒形状因素对静电产生的影响。颗粒粒径2.0~5.0 mm,分别以长方形和半圆形作为摩擦面,沿着倾斜金属平板多次滑行,直接测量获得颗粒滑行产生静电电量。研究发现颗粒面积、长宽比、滑行方向、速度、角度,对静电发生均有明显影响。该研究为工业静电的评估及防护提供了重要的科学依据。     

多纳米粒子穿越磷脂膜

本文采用耗散粒子动力学模拟方法研究了多纳米粒子与溶液中的磷脂膜相互作用. 模拟中选择纳米颗粒的形状分别为球状和柱状,并且在动力学过程中给它们设置了不同的初始速度. 根据纳米粒子穿膜在动力学过程中体现出不同的特性,分别定义了几种粒子穿越磷脂的模式,并且基于粒子之间的相互作用强度和粒子初始速度,描绘了穿膜模式的详细相图. 本文还进一步研究了体系能量、迴旋半径等参数在不同穿越模式中的动力学过程. 研究结果有助于人们理解纳米颗粒穿膜在生命活动过程中的作用.     

多纳米粒子穿越磷脂膜（英文）

本文采用耗散粒子动力学模拟方法研究了多纳米粒子与溶液中的磷脂膜相互作用.模拟中选择纳米颗粒的形状分别为球状和柱状,并且在动力学过程中给它们设置了不同的初始速度.根据纳米粒子穿膜在动力学过程中体现出不同的特性,分别定义了几种粒子穿越磷脂的模式,并且基于粒子之间的相互作用强度和粒子初始速度,描绘了穿膜模式的详细相图.本文还进一步研究了体系能量、迴旋半径等参数在不同穿越模式中的动力学过程.研究结果有助于人们理解纳米颗粒穿膜在生命活动过程中的作用.     

煤焦破碎成灰模型研究

本文从颗粒破碎的角度,建立了燃烧过程中单颗煤焦的逾渗破碎及其成灰模型,并深入研究了初始大孔隙率对颗粒破碎程度以及残灰粒径分布的重要影响。模拟结果再现了无大孔存在(φ=0)情况下,单颗煤焦生成单颗残灰的实验事实;研究结果还表明,在所考察的取值范围内,初始大孔隙率φ越大,煤焦颗粒破碎越剧烈,燃烧前期的破碎程度也随之升高,同时,φ越大,燃烧过程中单颗煤焦生成残灰的数目越多,平均粒径越小,而且残灰主要集中在粒径较小的范围内。     

黏附性颗粒团撞击平面的离散元模拟

黏附性颗粒团的撞击和破碎存在于众多自然现象和工业过程中。本文采用离散元(DEM)方法模拟了微米颗粒组成的球形颗粒团与平面撞击的动力学过程,研究了表面能、撞击速度、弹性恢复系数和摩擦力等关键因素对碰撞过程及其特征时间、颗粒团破碎率的影响。不同表面能下颗粒团的破碎率与无量纲碰撞能存在归一化的关系,颗粒团破碎程度最高的时刻与直观的视觉判断差异明显,弹性恢复系数和滑动摩擦对临界碰撞能影响显著。     

两带电半椭球壳之间的互相作用

结合数学实际,计算并讨论了两个密合的带电半旋转椭导体壳之间的静电相互作用。     

驻波声场中单分散细颗粒的相互作用特性

利用外加声场促进悬浮在气相中的细颗粒发生相互作用,进而引起颗粒的碰撞和凝并,使得颗粒平均粒径增大、数目浓度降低,是控制细颗粒排放的重要技术途径.为探究驻波声场中单分散细颗粒的相互作用,建立包含曳力、重力、声尾流效应的颗粒相互作用模型,采用四阶经典龙格-库塔算法和二阶隐式亚当斯插值算法对模型进行求解.将数值模拟得到的颗粒声波夹带速度和相互作用过程与相应的解析解和实验结果进行对比,验证模型的准确性.进而研究颗粒初始条件和直径对相互作用特性的影响.结果表明,初始时刻颗粒中心连线越接近声波波动方向、颗粒位置越接近波腹点,颗粒间的声尾流效应就越强,颗粒发生碰撞所需要的时间就越短.研究还发现,颗粒直径对颗粒相互作用的影响取决于初始时刻颗粒中心连线偏离声波波动方向的程度.当偏离较小时,颗粒直径越大,颗粒发生碰撞所需要的时间越短;当偏离很大时,直径较小的颗粒能够发生碰撞,而直径较大的颗粒则无法发生碰撞.     

双颗粒在溶解条件下沉降的多相流动特性

对牛顿流体内溶解双颗粒在垂直管道中的沉降运动进行了直接数值模拟. 流体运动由守恒方程计算, 密度和黏性的变化考虑流场温度变化的影响, 通过积分粘性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动, 溶解引起的相变及其形状的变化由溶解潜热、溶解质量与分散相边界处的温度梯度的关系建立的方程决定. 通过颗粒和流体间相互的作用力和力矩及边界条件的施加实现相间耦合. 对双颗粒在等温流体无溶解条件和非等温流体溶解条件下的沉降过程进行了计算. 结果表明, 在一定雷诺数内, 热对流产生的颗粒尾迹处涡的脱落以及溶解引起的颗粒质量、颗粒表面形态的变化引起了颗粒的横向摆动, 并使颗粒沉降速度发生了变化.     

防逆带电连续调压静电消除器

1.发明的背景 当采用静电消除器消除薄膜、布、纸和橡胶等物体的静电时,为了防止带电体起火、粘连、吸尘以及电击人体等静电故障和灾害,要求把静电消除至安全电位以内[1].但目前的静电消除器在消静电过程中产生的逆带电(消静电后使物体带上与原来极性相反的静电)超过安全电位,如表1所示.由于逆带电,使带电体电位达不到安全值,这与消静电前的状态相似,仍然发生各类静电故障和灾害.防止静电消除器使带电体逆带电,这是国内外长期未能解决的课题.2.防逆带电的方法和物理原理 物体上的静电会随时间逐渐泄漏,其规律是其中Q,Q0为物体在t时刻及初始…     

两个带等量异号电荷的金属球间的相互吸引力

一、引言 两个点电荷间的相互作用力可由库仑定律表达出,这是一种特殊情况.两个带电金属球间相互吸引力,却是常遇到的问题,一般书籍中均未介绍,本文利用静电镜象法给予计算.二、静电镜象法 根据静电镜象法,半径均为a的两个金属球,各带相异电荷,电量均为Q,两球心相距为2d,则两球间相互吸引力等于半径为a的金属球,带电量为Q,与一个接地的无限大金属平面形成电容器而出现的相互吸引力(球心距平面为d)(见图1). 在空气中,半径为a的金属球单独存在,若球面电势为 V2,相当于球心带电量为 q0=4πε0αV2,今使金属球心距接地的无限大金属平面为d,为…     

湿颗粒聚团碰撞解聚过程的离散元法模拟

基于线性接触模型、库仑滑移接触模型以及平行黏结三种接触模型的组合, 利用离散元法对包衣结构的湿颗粒聚团与壁面碰撞解聚的物理过程进行了数值模拟, 研究了碰撞过程中湿颗粒聚团解聚模式、解聚过程中聚团内各颗粒的速度变化以及颗粒间液桥断裂的规律, 分析了聚团的碰撞速度、黏附小颗粒的重力以及中心大颗粒的旋转对聚团解聚的影响. 研究发现: 聚团的碰撞解聚呈现出碰撞式、重力-碰撞式和剪切-碰撞式三种解聚模式. 湿颗粒聚团与壁面的碰撞打破了聚团内颗粒速度的一致性, 颗粒间出现相对运动而使颗粒间的液桥发生拉伸断裂. 液桥的断裂由聚团的碰撞点向外、由底部向上、由内层向外扩展. 聚团内液桥的断裂经历了缓慢断裂、快速断裂和完全断裂三个阶段. 碰撞速度越大, 黏附的小颗粒质量越大、大颗粒的转速越高, 湿颗粒聚团的缓慢断裂阶段越短暂且解聚程度越高. 模拟结果和实验符合.     

中性及其带电Cu_n(n=12-16)团簇体系的几何和电子结构的密度泛函理论研究

结合半经验Gupta原子间相互作用势及遗传算法,采用密度泛函方法系统计算研究了中性及带电Cu_n、Cu_n~±(n=12-16)团簇的基态与低激发态的几何结构与电子结构.结果表明:带电明显影响团簇结构稳定性,除Cu_(12)~-及Cu_(15)~+基态结构与相应中性团簇(Cu_(12)及Cu_(15)一致外,其它带电团簇基态结构与相应中性团簇均不相同;带电对团簇近基态同分异构现象也产生影响,全部带正电Cu_n~+(n=12-16)团簇均出现近基态同分异构体,而对中性及带负电团簇同分异构现象并不明显;计算所得Cu_n(n=12-16)团簇的电子离化能、电子亲和势及能隙的变化趋势均与实验结果相一致.