基于交流動電效應(yīng)的微混合器研究.pdf

1、微流控芯片中的流體混合是微流控研究領(lǐng)域的一個重要分支。由于微流控芯片中流體通道尺寸很小（通常為微米量級），流動雷諾數(shù)較小，流動狀態(tài)一般為層流，混合只能依靠分子擴(kuò)散，所需時間較長。利用交流動電效應(yīng)對微流控芯片中的流體進(jìn)行混合具有芯片幾何結(jié)構(gòu)簡單、加工成本低、易于集成、所需電壓低、溶液不易電解等優(yōu)勢，因此得到了廣泛關(guān)注。本文利用交流動電效應(yīng)中的交流電滲流和交流電熱流，設(shè)計了兩類微流體混合器，并采用數(shù)值模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)的方法對其進(jìn)行了深入研究。<

2、br>　　首先，本文詳述了微流控芯片及微流體混合器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹了雙電層及交流電滲流的形成機(jī)理以及基于等效電路法的交流電滲流速度模型；同時闡述了交流電熱效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理及模型，為本文的微混合器設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。
　　其次，基于非對稱電極交流電滲流的流動特征，本文提出并設(shè)計了非對稱電極交流電滲混合器。建立了該混合器的數(shù)學(xué)物理模型，通過求解Navier-Stokes方程及對流擴(kuò)散方程，數(shù)值模擬了三維通道中兩種溶液的混合。通過對微

3、通道內(nèi)的流場及濃度場的仿真分析解釋了該混合器的工作原理。通過仿真分析，得到了該混合器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)（電極寬度比、電極間距、電極長度及電極偏移距離）對混合器性能的影響規(guī)律。同時分析了所加電壓幅值及頻率、流體雷諾數(shù)及溶液電導(dǎo)率對該混合器性能的影響規(guī)律。
　　再次，基于交流電熱流的流動特征，本文設(shè)計了用以促進(jìn)微流體混合的偏場加熱的交流電熱微混合器。建立了該混合器的數(shù)學(xué)物理模型，通過多物理場（電場、溫度場、流場、濃度場）耦合的仿真分析闡明