Academic literature on the topic 'Electrodynamic sorting'

Abstract. Neutral thermospheric wind patterns at high latitudes obtained from cross-track acceleration measurements of the CHAMP satellite above both polar regions are used to deduce statistical neutral wind vorticity distributions and were analyzed in their dependence on the Interplanetary Magnetic Field (IMF). The average pattern confirms the large duskside anticyclonic vortex seen in the average wind pattern and reveals a positive (cyclonic) vorticity on the dawnside, which is almost equal in magnitude to the duskside negative one. The IMF dependence of the vorticity pattern resembles the characteristic field-aligned current (FAC) and ionospheric plasma drift pattern known from various statistical studies obtained under the same sorting conditions as, e.g., the EDI Cluster statistical drift pattern. There is evidence for hemispheric differences in the average magnitudes of the statistical patterns both for plasma drift and even more for the neutral wind vorticity. The paper aims at a better understanding of the globally interconnected complex plasma physical and electrodynamic processes of Earth's upper atmosphere by means of first-principle numerical modeling using the Upper Atmosphere Model (UAM). The simulations of, e.g., thermospheric neutral wind and mass density at high latitudes are compared with CHAMP observations for varying IMF conditions. They show an immediate response of the upper atmosphere and its high sensitivity to IMF changes in strength and orientation.

We proposed herein a unique method of insulator-decorated bipolar electrochemistry (IDBE), for realizing large-scale separation of bioparticles in microchannels driven by AC dielectrophoresis (DEP). In IDBE, a pair of planar driving electrodes (DE) is placed at the bottom of channel sidewalls, between which an array of the rectangular floating electrode (FE) strips without external Ohmic contact are evenly spaced along transversal direction, and a series of insulating dielectric blocks are periodically deposited above all the inter-electrode gaps and in full contact with the channel bottom surface. By creating local field maximum and minimum at multiple sites, IDBE extends well the actuating range of DEP force field from the immediate vicinity of electrode tips in traditional bipolar electrochemistry to current fluid bulk. Considering DEP force plays the dominant role around 1MHz, we utilize Lagrange particle tracing algorithm to calculate motion trajectories of incoming samples for testing the feasibility of microchip in continuous separation of live and dead yeast cells. By applying suitable voltage parameters, highly efficient DEP sorting is theoretically achievable under a moderate inlet flow rate, where most of the viable yeasts are trapped by positive-DEP to sharp dielectric edges, while all the incoming nonviable yeasts are repelled by negative-DEP to the top surface of both FE and insulating block to form multiple thin beams co-flowing into the channel outlet. The microfluidic device exploiting insulators on bipolar FE effectively expands the actuating range of nonlinear electrodynamics and provides invaluable guidelines for developing flexible electrokinetic frameworks in modern microfluidic systems.

Cette thèse se concentre sur la thématique de l'éjection électromagnétique appliquée dans le cadre de l'industrie du recyclage des métaux. L'objectif de celle-ci est la modélisation et la réalisation d'une architecture de conversion d'énergie permettant la réalisation de cette éjection. Le champ magnétique variable généré est utilisé afin de séparer d'un flux de déchets les matériaux métalliques non ferromagnétique tel que l'aluminium ou le cuivre par le biais d'une force de Laplace engendrée par la conjonction entre le champ magnétique crée et le champ magnétique induit par les courants de Foucault dans les matériaux conducteurs. L'architecture développée se compose de plusieurs éléments: un redresseur, un onduleur et un inducteur. La partie redresseur, à large plage de fonctionnement connectée sur le réseau d'alimentation triphasée permet d'obtenir une tension continu réglable et assure un prélèvement sinusoïdale de courant en phase avec la tension. La partie onduleur, permet de contrôler la puissance transmise, en adaptant l'amplitude et la fréquence du courant traversant la dernière partie du système que forme l'inducteur, responsable de la création du champ magnétique alternatif. Le choix du redresseur s'est porté sur la structure classique du redresseur abaisseur de tension de type Buck en raison de la faible impédance de l'inducteur utilisé. Bien que cette structure permette d'abaisser la tension triphasée, sa plage de fonctionnement peut être facilement augmentée sans l'ajout de composant passif. Le contrôle classique de ce redresseur ne se base que sur ses grandeurs de sorties ce qui peut engendrer des oscillations non contrôlées causées par la mise en résonance du filtre LC d'entrée excité par les harmoniques générés par les commutations des transistors. Nous avons proposé dans cette thèse une nouvelle méthode de contrôle qui traite à la fois de ses grandeurs d'entrée et de sortie et qui permet de contrôler les éventuelles oscillations du filtre LC d'entrée tout en bénéficiant d'une meilleure réponse dynamique lorsque le système est soumis à un échelon de charge. Cette méthode de contrôle se base sur les propriétés de platitude des systèmes différentielles, ainsi elle ne dépend pas du point de fonctionnement et garantit la stabilité large signal du système. Le choix de l'onduleur monophasé s'est porté sur une structure en pont complet permettant l'application de trois niveaux de tension et un large choix de contrôle de l'amplitude, de la forme et de la fréquence du courant traversant l'inducteur. Différents contrôle de ce convertisseur ont été étudiés et comparés. Ceux-ci permettent de faire varier la puissance injectée dans l'inducteur, ont un impact sur le contenu harmonique du courant le traversant et sur les contraintes des différents composants du système. Une modélisation de l'inducteur ainsi qu'une estimation de la valeur du champ magnétique nécessaire à l'éjection est effectuée. Les différentes méthodes proposées sont validées par des résultats de simulations numérique mais également par le biais de tests expérimentaux réalisés sur le système complet
This thesis focuses on the subject of electromagnetic ejection applied in the context of the metal recycling industry. The aim of this thesis is the modeling and the development of an architecture of energy conversion allowing the realization of this ejection. The generated variable magnetic field is used to separate non-ferromagnetic metallic materials such as aluminum or copper from a waste stream by means of a Laplace force generated by the conjunction between the magnetic field created and the magnetic field induced by the eddy currents in the conductive materials.The developed architecture is composed of several elements: a rectifier, an inverter and an inductor. The rectifier part with a wide operating range connected to the three-phase grid network allows to obtain an adjustable DC voltage and ensures a sinusoidal current in phase with the voltage. The inverter part allows to control the transferred power, by adjusting the amplitude and frequency of the current flowing through the last part of the system represented by the inductor, responsible for the generation of the variable magnetic field.The rectifier is based on the classical Buck rectifier structure because of the low impedance of the inductor used. Although this structure allows to lower the three-phase grid voltage, its operating range can be easily increased without the addition of passive components. The classical control of this rectifier is based only on its output variables which can lead to uncontrolled oscillations caused by the resonance of the lightly damped input LC filter excited by the harmonics generated by the switching of transistors. In this thesis, we proposed a new control method that deals with both its input and output variables and that allows both to control the oscillations of the input LC filter while obtaining a better dynamic response when the system is subjected to a load step. This control method is based on the flatness properties of differential systems, so it does not depend on the operating point and guarantees the large signal stability of the system.The single-phase inverter is based on a full bridge structure allowing the application of three voltage levels and a wide choice of control of the amplitude, shape and frequency of the current flowing through the inductor. Different controls of this converter have been studied and compared. These allow to vary the power injected in the inductor, have an impact on the harmonic content of the current flowing through it and on the constraints of the different components of the system.A modeling of the inductor as well as an estimation of the value of the magnetic field necessary for the ejection is carried out. The different methods proposed are verified by numerical simulations but also by experimental tests performed on the whole system