PDF《颗粒质量导致的电流变液结构演化特征 ！》

颗粒质量导致的电流变液结构演化特征! 赵晓鹏! 高秀敏 郜丹军 钟鸿飞 (西北工业大学电流变技术研究所, 西安 #$$ %) (%$$# 年&

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日收到修改稿) 考虑电流变液颗粒质量的影响及多粒子近程相互作用, 利用等效平板电导模型, 由分子动力学方法模拟了泊 肃叶流动状态下电流变液结构的演化过程特征;

设计制作了实验装置, 观测了泊肃叶流动行为, 并与模拟结果进行 比较(研究表明: 在外电场作用下, 计及颗粒质量效应后, 电流变液结构演化中跃迁区速度变化的峰值减小, 进入柱 塞区状态的时间延长, 柱塞区的宽度加大, 且颗粒质量越大, 效应越显著( 实验观测的泊肃叶流动行为与模拟结果 基本相符, 且观察到极板壁上的颗粒静止不动, 证明了 极板壁上颗粒静止不动 这一假设的正确性( 关键词:电流变液, 泊肃叶流动, 等效平板电导模型, 结构演化 ! 国家自然科学基金重点项目 (批准号: 和国家杰出青年科学基金 (批准号: 资助的课题( ! 通讯联系人(

电话: .

-/012: 34560789:4;

9( #(引言电流变液 (

9 , 物理学报;

, 卷 就不应被忽略! 另外, 流动研究的是动态响应的问 题, 忽略惯性项会给模拟带来一定的误差! 严格地 说, 只有在单个小球的定常小 # 数绕流情况下才 可忽略惯性项!本文采用时间步长为 $!$% 的四阶龙 格&

库塔法求解方程 ('

) , 对电流变液泊肃叶流动行 为进行模拟! 选取 !! ! ( $)$$+ 得到 了二维速度剖面图、 二维颗粒位置图、 三维速度剖面 演化图! +!+!%!二维速度剖面 分别研究了 !! 的二维速度演化过 程!表%给出随惯性项系数增加跃迁峰值和柱塞时 间的变化!由模拟结果知: 一是随着惯性项系数的增 加, 跃迁区速度变化的峰值减小!二是进入柱塞状态 的时间比不考虑惯性项效应延长了一些! 图%和图 + 是惯性项系数分别为 $!% 和$!* 时的速度抛面图, 可以看到跃迁区速度峰值明显减小, 同时柱塞区的 宽度增加!这些现象出现的原因, 一方面是由于体积 分数较大的电流变液颗粒的惯性效应;

另外, 在外电 场作用下, 电流变液中颗粒聚集排成链状或柱状的 紧密结构!随体积分数增大, 相互作用越大, 链聚集 越紧密, 惯性效应就越增强! 表%不同惯性项系数的结果比较 惯性项系数 跃迁峰值

0 柱塞时间 -!'

0!, 0!* 0!* 0!* 图%惯性项系数为 $)% 的速度剖面 +!+!+!二维颗粒位置图 图,是惯性项系数为 $! , 时, 电流变液中的一 条链在不同时刻的位置剖面图!上下两端为接触区, 颗粒不能移动! 两条链之间的距离为 +! /! 图中 #% 对应起始时刻, 链在压力梯度的作用下沿 $ 轴方向 移动, 经过 0! , 单位时间进入柱塞状态 #+ ! 与不考 图+惯性项系数为 $)* 的速度剖面 虑惯性项效应的模拟结果图相比, 链的弯曲程度要 小!在进入跃迁状态 #, 后, 链的两端同样也出现了 向前的弯曲, 但程度减缓!最后, 链继续向前移动, 又 回复到柱塞状态, 此时链的中间比较平坦! 图,惯性项系数为 $), 的颗粒位置剖面 +!+!,!三维颗粒速度剖面演化特征 计算了惯性项系数 $! , 时, 电流变液中三维速 度剖面的演化过程! 当电流变液受外加压力梯度的 作用时, 速度剖面呈抛物形分布;

进入柱塞状态后, 速度减慢, 剖面中部变得平坦;