STAR-CCM+介電電泳仿真

介電電泳（DEP）是當介電粒子受到不均勻的電場時,電場會對其產生電場力的一種現象。在電場作用下，所有顆粒均表現出介電泳活性。但是，作用力的強弱主要取決於介質和顆粒的電性能，顆粒的形狀和大小以及電場的頻率。因此，使用特定頻率的場可以選擇性地操縱粒子。

當可極化顆粒懸浮在非均勻電場中時，就會發生介電電泳。電場使粒子極化，然後兩極沿磁力線受到作用力，根據偶極子上的方向，該力可以是吸引力或排斥力。由於電場的不均勻性，導致粒子受力不均，所以粒子將會發生移動。根據Maxwell–Wagner–Sillars極化公式可知，偶極子的方向取決於粒子和介質的相對極化率。由於力的方向取決於場梯度而不是場方向，因此DEP在交流和直流電場中都會發生；極化強弱（以及力的方向）將取決於粒子和介質的相對極化率。如果粒子沿增加電場的方向移動，則該行為稱為正DEP（有時稱為pDEP），如果將粒子遠離高電場區域，則稱為負DEP（或nDEP）。由於粒子和介質的相對極化率與頻率有關，因此改變激勵信號並測量力變化的方式可以用來確定粒子的電學性質。這也可以消除由於固有的粒子電荷而產生的電泳運動。

    在化學過程中，可以利用電泳分離不同粒徑大小的顆粒。我們可以使用STAR-CCM+電磁場模型及拉格朗日模型模擬這一電泳分離的現象。

微通道的幾何結構如下圖所示，工作的介質為水，入口分別注入兩種不同粒徑的顆粒。我們採用層流的方式模擬這一流動問題。

正極電壓為+5V，負極電壓為-5V.這種結構產生的周期性電場可以將顆粒分離開來。

我們通過在拉格朗日顆粒上施加自定義電泳力，來控制顆粒的運動。電泳力的大小可以描述為：

其中：

在STAR-CCM+中拉格朗日相中，激活自定義受力,並通過Field Function場函數功能定義上述電泳力公式。

粒子在電場中發生極化，產生DEP力，該極化與電勢的梯度成比例。可以通過調整入口速度的大小，確保將顆粒引導至通道中心,然後利用電泳力將粒子分離。