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Optimizing and Regulating Electric-Induced Breakup of Salt-Containing Droplets through Magnetic Field Coupling: Insights from Molecular Dynamics Simulations

分手 分子动力学 联轴节(管道) 化学物理 电场 磁场 动力学(音乐) 盐(化学) 感应耦合 材料科学 纳米技术 化学 物理 计算化学 机械 物理化学 冶金 声学 量子力学
作者
Mofan Li,Donghai Yang,Qing Li,Yuejiu Liang,Chaohui Chen,Limin He
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:41 (8): 5097-5111 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.4c04208
摘要

Droplet electrodispersion is a fundamental phenomenon in various fields, such as electric demulsification, electrospray, and microfluidic manipulation. Electric–magnetic coupling technology, as an emerging noncontact method, shows substantial potential in modulating droplet electrohydrodynamics, yet the influence characteristics and mechanisms of coupled magnetic fields on droplet electrodispersion remain poorly understood. To address this gap, we conducted a detailed molecular dynamics simulation comparing the breakup dynamics of salt-containing droplets under a single electric field versus an electric–magnetic coupling field. Our results demonstrate that salty droplets in the electric–magnetic coupling field exhibit longer breakup response times and greater stretching deformation. This behavior is attributed to changes in ion migration speed and enrichment regions due to additional Lorentz forces. Furthermore, this effect of coupling field is observed only for ion numbers N ion > 0, with a marked attenuation at higher concentrations ( N ion = 200), which is related to the hydration effect enhanced by magnetic field. When the electric capillary number Ca ranges from 0.88 to 3.91, the critical value triggering a shift in the breakup mode is enhanced in the coupling field. However, this effect diminishes as Ca approaches 8.8, at which point the coupled field no longer inhibits breakup. Additionally, as the dimensionless electric field frequency f * increases from 0.21 to 4.19, the ion migration trajectories become shorter and less able to accumulate at the interface, thereby limiting the effectiveness of the coupling field. Our study advances the fundamental understanding of salt-containing droplet breakup dynamics under an electric–magnetic coupling field and provides novel insights for controlling and suppressing electrodispersion in related technologies.
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