-
题名离子选择性表面电对流的多块LB模拟
- 1
-
-
作者
张煜
李天富
罗康
吴健
易红亮
-
机构
哈尔滨工业大学能源科学与工程学院
季华实验室
-
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第10期2784-2795,I0003,共13页
-
基金
国家自然科学基金(52076055,12172110)
广东省基础与应用基础研究基金(2021A1515110273)资助项目。
-
文摘
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.
-
关键词
电对流
第二类电渗
离子选择性表面
格子玻尔兹曼方法
多块网格
-
Keywords
electroconvective instability
electroosmotic of the second kind
ion-selective surface
lattice Boltzmann method
multi blocks grids
-
分类号
TK124
[动力工程及工程热物理—工程热物理]
-
