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Phys . Rev. E 80, 016312 (2009 ) James E. Martin ,  Lauren Shea- Rohwer , and  Kyle J. Solis

Phys . Rev. E 80, 016312 (2009 ) James E. Martin ,  Lauren Shea- Rohwer , and  Kyle J. Solis 報告者 : 謝鎮謙 指導老師 : 梁君致老師. Strong intrinsic mixing in vortex magnetic fields.

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Phys . Rev. E 80, 016312 (2009 ) James E. Martin ,  Lauren Shea- Rohwer , and  Kyle J. Solis

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Presentation Transcript

  1. Phys. Rev. E 80, 016312 (2009) James E. Martin, Lauren Shea-Rohwer, and Kyle J. Solis 報告者:謝鎮謙 指導老師:梁君致老師 Strong intrinsic mixing in vortex magnetic fields

  2. 利用通入渦流磁場，讓帶有顆粒的流體，使顆粒間能形成鏈狀，因而產生混合的效果，此可以使用在微小體積混合上。利用通入渦流磁場，讓帶有顆粒的流體，使顆粒間能形成鏈狀，因而產生混合的效果，此可以使用在微小體積混合上。 前言

  3. 渦流是一種在一個區域內的流體，其中流動主要是關於紡絲虛軸的運動。渦流是一種在一個區域內的流體，其中流動主要是關於紡絲虛軸的運動。 何為渦流?

  4. 渦流磁場是一旋轉場，由相同頻率且相位正交的兩個分量形成(acfield)，在垂直於旋轉場平面還有一個第三分量(dcfield)。渦流磁場是一旋轉場，由相同頻率且相位正交的兩個分量形成(acfield)，在垂直於旋轉場平面還有一個第三分量(dcfield)。 渦流磁場

  5. 模擬的示意圖 • acfield是在xy平面dcfield是在z軸方向 • HO:渦流磁場 • Θf:渦流磁場與z軸的 • 夾角(極化角) • Θm:粒子鏈與z軸的夾 • 角 • Фm : 方位角

  6. 當三個分量的方均根值相同時，我們稱為 “平衡的渦流場” 當顆粒形成遵循渦流場向量的粒子鏈，平衡 的渦流場使顆粒可以相互強烈作用。

  7. 將4-7μm大小的鐵羰基顆粒，分別加進不同黏性的流體中(乙醇η=1cP、苯甲醇η=8cP、乙二醇η=16cP)將4-7μm大小的鐵羰基顆粒，分別加進不同黏性的流體中(乙醇η=1cP、苯甲醇η=8cP、乙二醇η=16cP) 實驗

  8. 是由於相鄰層間以不同的速度 運動時產生的摩擦造成的。 η黏性大小 1 cP = 1 mPa·s = 0.001 Pa·s= 0.001 kg/(s·m) 黏性

  9. 1.混合力矩不和磁場的頻率有關 2.力矩正比於磁場大小的平方 3.旋轉場幾乎沒有力矩，力矩最大值會是在 dc分量相當於旋轉場大小的時後 力矩是利用渦流中的紡錘絲當做中心，測量扭擺的週期，進而可得知力矩 實驗結果發現

  10. 渦流磁場HO HO:磁場大小 f:場的頻率 Θf:極化角度 在平衡的渦流場裡

  11. 各種會影響混合力矩因素的關係圖

  12. 乙醇 • Θf≈54.7o • 力矩和磁場的頻率是無關係

  13. 乙二醇 • Θf≈54.7o • 流體的黏性影響混合 • (乙二醇黏度是乙醇的16倍)

  14. 力矩與極化角度(Θf)的關係 • Θf越大，則顆粒會變成片狀結構，而非鏈狀排列 • Θf越小，顆粒呈鏈狀排列會無限的增長，和Z軸對齊

  15. Θf≈54.7o • 利用實驗數據頭尾的相差做百分比的比較，可得知 • 在高強度的磁場，混合力矩跟頻率幾乎無關 • 在低強度的磁場，力矩會掉落趨近0

  16. Θf≈54.7o • 在低頻率的場中，力矩跟流體的黏性無關 • 但在高頻率的場中，力矩則會與流體黏性成反比

  17. 由實驗我們可以知道說藉由磁場可以行成粒子鍊由實驗我們可以知道說藉由磁場可以行成粒子鍊 實驗後續探討

  18. 力矩密度: ФP:體積濃度，M:物體的磁化強度，μ0: 真空磁導率(4兀*10^-7N/A^2) 在低磁場時力矩和磁場的平方成正比，與場的頻率、液體黏度、顆粒大小無關 分析渦流場鏈的結果與實驗結果是一致的

  19. 液體從混合到靜止的轉變是由Masonnumber(Mn) 所決定 Mn:黏性與磁力所導致碎片聚集的比例 ω:磁場的頻率 在前面的混合力矩是根據Mn非常小的時候，大約是小於0.1時。

  20. 此式子證明了最大的穩定粒子鏈大小是與Mn相關，顆粒在鏈狀裡面數目是2N此式子證明了最大的穩定粒子鏈大小是與Mn相關，顆粒在鏈狀裡面數目是2N 粒子鏈的大小會因磁場的增加而增加，因黏性、磁場的頻率增加而減少，且與粒子大小無關

  21. 液體從混合到靜止的轉變是由於粒子鏈沒有形成(Mn>Mn*)Mn*:criticalMasonnumber 假設Nmax=1則

  22. 假設Mn在一個低強度的磁場，M=XPHO(XP=3) 力矩密度 T ， →　　　　　=

  23. T/ ФPBOHO對Mn的關係圖 • Mn<0.02時，有強烈的混合 • 超過0.1就幾乎不存在混合行為

  24. 結論 • 使用一個平衡的渦流磁場來產生混合，比使用簡單的旋轉磁場更有效 • Mn值小，粒子鏈的形成，會產生混合效果 • 流體在低黏度、低頻率、高磁場強度，會有最強烈的混合反應 • 此混合技術是一個可實行的科技，對於任何尺度的混合

  25. Thanks for your attention

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