同种材料颗粒碰撞电MOSIAC模型及数值模拟

作     者：李桂宣 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢莉

授予年度：2013年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：同种材料 球板斜碰 摩擦面积 碰撞带电机理 面电荷Mosaic分布 多次碰撞 

摘      要：自然界或工业中广泛存在着同种材料组成的颗粒系统,如火山灰、风沙流等,运动颗粒由于频繁的发生着颗粒间的摩擦、碰撞等接触起电,使得颗粒带有不同大小的电量,从而影响颗粒的运动。目前人们对同种材料接触起电机理尚不清楚,本文围绕同种材料碰撞接触起电展开研究,主要工作如下. 首先开展了球-板碰撞带电量实验研究。发现同种材料球和板斜碰后球板会带电,带电量的极性与材料有关,带电量的大小与板倾角有关,随着倾角的增大先增加后减小,当倾角约45°时,碰撞电量达到最大,是正碰撞电量的6-8倍。通过球板斜碰过程的动力学分析,发现球板碰撞后的带电量与碰撞过程中球与板的摩擦面积成正相关 基于Baytekin等观测的面电荷Mosaic分布以及Apodaca提出的Donor、 Acceptor面电荷类型和电荷转移概率假设,提出了两颗碰撞带电量理论模型,导出了两颗粒一次碰撞和多次碰撞后的带电量理论计算公式,该公式表明初次碰撞带电量与参与碰撞接触面积差成正比、与电荷转移概率以及面电荷密度成正比。利用该公式不仅可以预测不仅不同大小两颗粒一次碰撞后各自带电极性相反、等大颗粒一次碰撞不带电等现象,而且可以模拟两同种颗粒一次碰撞后带电量随着粒径比的增大先增大后减小、随相对碰撞速度增大而增大的实验规律;还可以模拟球-板斜碰带电量随板倾角先增后减小的实验规律;同时发现两颗粒多次碰撞后带电量随着碰撞次数增加逐渐达到饱和,饱和电量与颗粒粒径比、碰撞颗粒粒径以及相对碰撞速度相关。 开展了两种粒径多颗粒系统碰撞电模拟和多粒径多颗粒系统碰撞电模拟,结果表明,颗粒系统频繁碰撞使得颗粒带电量最终到达饱和,考虑碰撞角度的影响能够明显减小饱和碰撞次数。电荷极性与颗粒尺寸及其分布相关,给定颗粒系统颗粒带电量服从一定分布。 综上所述,本论文从实验方面探究了颗粒碰撞的角度明显影响碰撞电量,理论方面解释了颗粒碰撞带电规律,并在此基础上模拟了颗粒的碰撞带电,这些都将有利于同种材料颗粒带电的理解探究