顆粒沉積
關注創建者：C乘風破浪 創建時間：2022-03-21
顆粒沉積的實例教程
在過去的二十年里，液滴蒸發中的微流動和顆粒沉積引起了科學家極大的研究興趣，這既因為蒸發過程中蘊含著豐富的物理學現象，例如常見的“咖啡環效應”，又由于其在綠色印刷、微納器件制備、疾病診斷等領域展現出廣闊的應用前景。同時，作為人體體液等復雜體系的一種簡單模型，研究膠體液滴的操控、蒸發及顆粒沉積，可為未來空間探索任務中的復雜流體管理、資源再生與利用、宇航員生理狀況監測等提供理論指導和技術支持。然而，蒸發中的膠體液滴是一個高度非平衡體系，存在復雜的傳熱傳質和能量交換過程，顆粒沉積理論仍不完善，這大大限制了其應用。
近期，中科院力學所微重力重點實驗室王育人團隊針對空間中膠體液滴操控及液滴內顆粒沉積動力學的研究取得重要進展。一是基于實踐十號（SJ-10）衛星提供的高水平微重力實驗平臺，集成表面浸潤性修飾、復雜流體均勻分散等多項關鍵技術，發展了一套空間復雜流體管理系統，成功實現了膠體液滴在太空的生成和操控。相關結果發表在Langmuir (W. Li, H. Sun, D. Lan, and Y. Wang, 2018, DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b00219)及Microgravity Sci. Technol. (W. Li, D. Lan, Z. Sun, B. Geng, X. Wang, W. Tian, G. Zhai and Y. Wang, 2016, DOI: 10.1007/s12217-016-9497-6)上，并授權多項國家發明專利。二是首次在咖啡環內部發現了二維網絡狀圖案，提出去浸潤和顆粒組裝之間的相互耦合機制是決定沉積結構的主要原因。通過進一步研究，發現重力沉降、氣液界面收縮及毛細補償流在蒸發不同階段的相互協同和競爭共同影響了顆粒的聚集狀態，提出了正置和倒置液滴中顆粒運動的追擊和相遇機制。
展開 同濟大學楊修春課題組將氮化鈦納米顆粒沉積在經過碳化處理的木塊上, 得到一種新型 的雙層太陽能蒸汽發生材料. TiN納米顆粒具有比以往報道過的光熱轉換材料(如等離子體金屬、碳基材料和半導體納米材料)更好的穩 定性、更經濟的價格、更低的毒性、更寬和更強的光吸收等多重優點.
圖1 太陽能蒸汽發生器示意圖
TiN納米顆粒的沉積量以及基底的厚度和類型對水的蒸發速率和 太陽能-蒸汽轉換效率有重要影響. 在模擬太陽光強度為1 kW m?2下, 該材料具有92.5%的太陽能-蒸汽轉換效率, 這是已知的木基光熱轉 換材料中的最高效率. 此外, 該材料具有良好的可重復利用性.
本工作近期發表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9353-5
展開 過濾是指通過特殊裝置將顆粒移除，將流體提純凈化的過程。過濾的方式很多，應用的物系也很廣泛，固-液、固-氣、大顆粒-小顆粒等。本文主要講述如何通過Fluent軟件實現在設備工作場景中的顆粒分離/過濾。
目錄
1. Eulerian method（瞬態方法）
2. DPM
3. DDPM
1. Eulerian method（瞬態方法）
此方法適用于高負載(顆粒體積含率較高)的情況。
? 固定速度:多孔介質中第二相(次要相)顆粒速度設置為0
? 多孔介質/膜外面的顆粒將會堆積
? 堆積的顆粒造成的壓降通過顆粒與流體之間的曳力描述
假設所有的顆粒都被捕捉，將多孔介質中的顆粒速度約束為0，從而阻止顆粒通過多孔介質。
2.DPM
方法:一系列的穩態仿真結果(也可應用于非穩態計算)
(1) 通過UDsF獲得顆粒在膜上的沉積；
(2)基于顆粒在膜上的沉積分布，根據沉積量調整阻力；
假設在膜兩側施加定常壓力，每次釋放的顆粒，都將沉積到過濾層。注意:沉積發生在尖端和凹槽處。
隨著沉積物的積累，流量將會將會輕微的發生變化。
Deposit vs. Mass Flow Rate (kg/s)
1. 0.0089773936
2. 0.0086228549
3. 0.0075318487
4. 0.0070381071
顆粒沉積在過濾膜上的相關UDFs
完整版資料請前往公眾號”笛佼科技“菜單欄”干貨福利“查看
展開 基于等離激元的原位探測平臺，一方面可以無損的，快速的探測各種情況下（包括不同的電流密度，溫度等）金屬鋰的沉積過程，判斷不同電解液的枝晶抑制效果；另一方面，也能作為電池實際運行過程中鋰枝晶的預警方式，從而提高電池的安全性能。
圖一：原位等離激元探測金屬鋰沉積過程：a，原位探測的裝置示意圖（包括平面電池結構，反射光譜測試），b，鋰金屬沉積過程的兩種形貌演化：周期性鋰顆粒陣列的生長（上圖）和無序鋰枝晶的形成（下圖），c，對應兩種形貌演變的反射光譜：周期性鋰顆粒沉積（上圖）和無序鋰枝晶的形成（下圖）。
課題組博士生金艷為該論文的第一作者，朱嘉教授與周林副教授為論文的通訊作者，該工作得到了佐治亞理工大學Wenshan Cai教授和南京大學張會剛老師幫助和支持，獲得了祝世寧院士的指導與支持。研究得到了國家重點基礎研究計劃，國家自然科學基金委群體及面上項目，中央高?；究蒲袠I務費專項基金，江蘇省優勢學科等項目的支持。（來源：南京大學）
展開 原標題: 多功能復合材料碳化硅納米顆粒沉積碳纖維的滾動條式加工.
來源:前瞻網
顆粒沉積的相關專題、標簽、搜索
顆粒沉積的最新內容
固液懸浮模擬</p><p> · 對于需要讓固體顆粒均勻懸浮在液體中的過程（如結晶、生物發酵、礦物加工），可以模擬不同轉速下底部的顆粒懸浮情況（確定“離底懸浮”或“均勻懸浮”的臨界轉速），避免顆粒沉積導致的產品質量問題和設備損壞。
惰性傳熱處理
能夠模擬顆粒作為惰性物質在流場中傳遞熱量的過程，有助于分析顆粒溫度變化對流動行為、顆粒沉積、熱交換設備性能等方面的影響。
應用案例
案例一：發動機葉片顆粒防護優化
某航空發動機制造商利用該ParticlePro模塊對發動機葉片在飛行過程中遭遇吸雨吸雹的情況進行仿真。
Mass Flow Rate (kg/s)
1. 0.0089773936
2. 0.0086228549
3. 0.0075318487
4. 0.0070381071
顆粒沉積在過濾膜上的相關UDFs
完整版資料請前往公眾號”笛佼科技“菜單欄”干貨福利“查看
可以看到，常溫大倍率循環老化與高溫循環老化的電池的正極材料二次顆粒上均出現了明細的裂痕，表明這兩種衰減工況下，電池內部出現了正極活性物質損失，高溫擱置老化電池的正極材料顆粒表面出現了沉積物，主要源于高溫擱置過程中電解液在正極顆粒表面的氧化。
4 結果展示
電子束選區熔化基本思想是將離散的粉末顆粒轉化成連續沉積的熔道，借助離散元模擬，生成了相對密度分別為5%，18%，27% 的粉床如圖4(a)所示。粉末為Ti-6Al-4V 材料，顆粒分布在40～100 \mu m，且層厚均為100 \mu m。
在這項工作中，通過在聚合物襯底上沉積銅顆粒，開發了超薄(15μm)，柔性和多孔的Cu/PLLA纖維膜。采用新的丙酮和熱處理工藝，在保持多孔纖維結構的同時，膜的強度大大提高。其出色的透氣性和超高的導電性(9471.8130 S/cm)使復合材料具有快速的電加熱特性和出色的導熱性，從而實現有效的熱管理。同時，多孔聚合物襯底結構大大增強了導電物質的擴散，提高了膜的電磁干擾屏蔽效能。
在液體發生滲濾的同時，鉆井液中的固相顆粒會附著并沉積在井壁上形成一層泥餅(Mud Cake)。隨著泥餅的逐漸加重以及在壓差作用下被壓實，針對裸眼井壁有效地起到穩定和保護作用，這就是鉆井液的所謂造壁性。
由于泥餅的滲透率遠遠小于地層的滲透率，因而形成的泥餅還可以有效地阻止鉆井液中的固相和濾液繼續侵入地層。
該團隊，通過在聚合物襯底上沉積銅顆粒，開發了超薄(15μm)、柔性和多孔的Cu/PLLA纖維膜。采用新穎的丙酮和熱處理工藝，在保持多孔纖維結構的同時，膜的強度顯著提高。其優異的透氣性和超高的導電性使復合材料具有快速的電加熱特性和良好的導熱性能，可有效地進行熱管理。
換熱器的Ansys Fluent速度仿真結果
圖片底部：由Ansys Rocky預測的顆粒沉積
此外，Rocky還可與Ansys Maxwell和Ansys EMA3D Charge進行耦合，以研究受電磁（EM）場影響的帶電粒子。由EM求解器計算出的磁場，將作為點云被導入到Rocky中。
Balance Model能夠幫助計算氣泡直徑的分布
‐ ANSYS Fluent中豐富的相變模型和傳熱反應模型，以及豐富的相變模型和傳熱
反應模型
推薦Ansys模塊
‐ ANSYS CFD Premium + HPC pack
噴淋塔
設計中的難點
‐ 噴淋過程是復雜的多尺度問題，在設計時需要防止墻壁過多液體或者顆粒沉積
