边界效应对电流变液性能的影响

【摘要】：电流变液是由纳米至微米尺度的介电颗粒与绝缘液体混合而成的复杂流体。"电流变效应"是指其电流变液的流变特性或液体的粘度随外场发生改变的特性。在没有外电场作用时,电流变液通常呈液体状态,其粘度与油差不多。当外电场作用于电流变液时,其表观粘度随外场的增加而变大。这种"液-固"转变是可逆的,其响应时间一般在毫秒量级。因为电流变液的这种特性而有着极为广泛的应用价值。比如可用电场连续调控切变强度的阻尼系统和传动系统等。电流变液在零场下表现为牛顿流体,而在电场作用下表现为粘塑性流体,通常用Bingham模型来描述其流变性质。DeKee-Turcotte,Herschel-Bulkley等模型也用来描述电流变液的流变性能。但对电流变液这种复杂的特殊流体,这些模型不能做更精确的描述。Choi等人通过对电流变液的流变曲线总结出了结构模型用于预测电流变液的流变现象。但这个模型没有对电流变液的内在机理进行很好的解释。因此在电流变液的流变性能及内在机理方面还有重要的工作要做。以前对电流变液流变性能的讨论基本上是考虑颗粒之间与颗粒和液体之间的作用,而较少提及边界效应对电流变液流变性能的影响。而诸多实验表明,不同边界条件下的电流变液表现出了不同的流变性能。关于这点还没有比较明确的理论解释。本文通过计算模拟的方法深入讨论了边界条件对电流变液流变性质的影响。发现在准静态情况下,越大的边界摩擦因子下有越大的屈服应力,直到趋于最大值;在动态情况下,适中的边界摩擦因子下有最大的剪切应力,太小或太大的边界摩擦因子下均不能得到太大的动态剪切应力。这一点与实验结果相符。并且通过对流变曲线的计算发现,加入边界效应的讨论可以对电流变液的流变曲线在机理方面进行比较好的解释。用提出的边界模型对特殊的颤抖型的流变曲线进行了解释。