利用电磁力控制沉降椭圆粒子的运动
流体动力学
2021-03-08 v1
摘要
本文采用浸没界面-格子 Boltzmann 方法(II-LBM)研究电磁力对控制沉降椭圆粒子运动的有效性,其中采用符号距离函数施加 II-LBM 的跳跃条件并添加外部电磁力。首先,基于涡量方程讨论了电磁控制抑制涡量生成的机制,并基于流向动量方程讨论了抑制涡脱落的机制。随后,通过改变电磁强度、椭圆粒子的初始取向角以及粒子与流体的密度比,对电磁控制的效果进行了定量与定性研究。为展示不同情形下的控制效果,给出了涡量场、粒子轨迹、取向角及粒子能量传递的对比。结果表明,通过适当大小的电磁力可很好地控制粒子的旋转运动。在出现涡脱落的较高固液密度比情形下,一旦施加适当大小的电磁力,沉降速度可提升近 40%,且粒子运动转为稳态下降运动。当电磁力过大时,粒子将偏离侧壁中心。此外,该控制方法对不同的初始取向角和固液密度比均表现出鲁棒性。
引用
@article{arxiv.2102.10494,
title = {Control of a sedimenting elliptical particle by electromagnetic forces},
author = {Jianhua Qin and Guodan Dong and Hui Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.10494},
year = {2021}
}