学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

高输运效率ESI离子聚集装置的数值仿真分析

作　者: 岳翠红
导　师: 邹赫麟
学　校: 大连理工大学
专　业: 微机电工程
关键词: ESI-MS ANSYS 静电场 FLOTRAN 中性气体气流场
分类号: TH843
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 44次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

电喷雾电离质谱分析(ESI-MS)的灵敏度主要由电喷雾电离率和离子输运效率来决定。电喷雾电离效率通过控制流体流速、接口管鞘设计、以及对液态分析物的化学处理,能够有效地在大气条件下将液态分析物电离成气态离子。但是,由于电喷雾离子束中库伦空间电荷斥力造成的离子束扩展和质谱仪的取样限制孔径特征,仅有很少部分(0.01-0.1%)电离离子能够进入质谱分析仪被检测到。为了改善大气压环境下电喷雾电离源和质谱仪之间的离子输运效率,本文设计了一种新型电喷雾电离离子聚集装置模型。在电动力学和流场动力学的理论指导下,通过在聚集电极上施加电势产生静电场,以及高压干燥去溶中性气流来影响和改变离子的输运效率。本文对离子聚集电极影响下的静电场进行了仿真分析,得到了较好的仿真分析结果。为了有效减少仿真分析次数,电场分析时采用正交试验设计方法设计实验序列。利用Ansys有限元软件的电场数值分析模块,对这种基于电场的聚集离子装置进行有限元数值分析,提取数值分析结果写入文本文件,使用克里金插值法将这些文本文件中提取到的节点数据进行后处理,绘制等势线,定量分析模型中位于低压质谱入口附近的等势线形状,得到用于正交试验的响应数值。在分析信噪比和均值方差的基础上得到了影响显著性因子和最优化结果。电喷雾电离气态离子中的中性气流场则利用ANSYS/CFD模块FLOTRAN进行分析。在静电场优化分析的基础上,确定气流场的模型参数；通过设置流场属性、分析参数和边界条件,利用湍流标准κ-ε模型进行可压缩流场模型数值分析,结果显示气态离子所处的中性气流场为超音速场,具有自由射流的特征,与理论分析和实验观察到的现象相对应,具有带动分析物离子向低压区域聚集的趋势。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-21
  1.1 电喷雾电离现象概述  10
  1.2 电喷雾电离现象的机理  10-13
    1.2.1 电喷雾现象机理  10-12
    1.2.2 发生电喷雾的方法  12-13
  1.3 电喷雾电离(ESI-MS)离子输运效率泊勺研究现状  13-18
    1.3.1 低气压下的离子聚集装置  13-14
    1.3.2 大气压下的离子聚集装置  14-16
    1.3.3 离子聚集装置的数值分析进展  16-18
  1.4 提高样品使用效率和离子输运效率的方法  18-19
    1.4.1 使用纳升喷雾源  18
    1.4.2 调整质谱仪取样限制孔径  18-19
    1.4.3 改善喷雾离子的运动轨迹  19
  1.5 课题研究主要内容  19-21
2 ESI-MS过程中的离子输运机理  21-31
  2.1 离子在离子锥透镜下的输运数学模型  21-25
  2.2 质谱仪orifice-skimmer之间的离子输运数学模型  25-30
    2.2.1 低压入射自由射流(Free Jet)现象  25-27
    2.2.2 Five-Moment离子输运数学模型  27-30
  2.3 总结  30-31
3 离子聚集装置ANSYS电场分析及优化  31-50
  3.1 ANSYS在电场仿真中的应用  31-42
    3.1.1 电场基础理论  31-33
    3.1.2 离子聚集装置的三维建模  33-36
    3.1.3 APDL中使用循环数组进行参数化建模  36-39
    3.1.4 参数化宏文件的建模分析过程  39-42
  3.2 正交试验方法在电场仿真优化过程中的应用  42-48
    3.2.1 静电场模型中因素及水平的确定  42-43
    3.2.2 等势线的评价方法  43-46
    3.2.3 静电场优化分析结果  46-48
  3.3 小结  48-50
4 离子聚集装置的ANSYS/CFD仿真  50-61
  4.1 流场属性确定  50-52
    4.1.1 雷诺数的判定  50
    4.1.2 马赫数的判定  50-51
    4.1.3 判断N-S方程的适用性  51
    4.1.4 湍流模型的选择  51-52
  4.2 ANSYS/CFD流场分析  52-60
    4.2.1 单元选择和材料属性  52
    4.2.2 模型建立和网格划分  52-53
    4.2.3 边界条件  53-54
    4.2.4 设置FLOTRAN分析参数  54
    4.2.5 电极对流场分布的影响  54-60
  4.3 总结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-66
附录A ANSYS静电场分析APDL命令流  66-73
附录B ANSYS APDL宏文件  73-79
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  79-80
致谢  80-82

相似论文

混凝土高拱坝三维非线性有限元坝肩稳定分析研究,TV642.4
Bacillus subtilis SQR9的黄瓜促生和枯萎病生防效果及其作用机制研究,S436.421
两种中药的化学物质与质量标准研究,R284.1
基于ANSYS塔式起重机臂架参数化有限元分析系统开发,TH213.3
人体膝关节动态仿真及受力分析研究,R318.01
150吨平头塔式起重机整机结构分析及优化设计,TH213.3
地铁盾构施工对邻近建筑物的影响研究,U455.43
FBAR温度传感器研究,TP212.11
相变随机存储器的三维热模拟与结构设计,TP333.8
红外多光谱图像仿真研究,TP391.9
管道周向励磁漏磁场计算方法的研究,TG115.284
管道漏磁三轴内检测技术研究,TH878.3
模具型腔表面磁流变抛光技术研究,TG580.692
面向中小型航天器的锥—杆式对接机构柔性壁面设计研究,V526
隧道火灾下衬砌结构承载力研究,U451
多孔水泥混凝土路面的温度效应分析,U416.216
Ⅲ型效应蛋白HopU1结构及其底物GRP7的ADP核糖基化,Q51
竖式预热器和冷却器热流场分析,TF341
葛洲坝水电厂水轮发电机组主轴动力分析,TM312
天津某深基坑变形及围护结构变形影响因素的有限元分析,TU473.2
引水隧洞及下覆采空区安全稳定性研究,TV221.2