電滲流動與傳熱的耗散粒子動力學研究.pdf

1、電滲流是微流控技術和微全分析系統(tǒng)中最為重要的流體驅動方式之一，因其簡單高效而得到了較為普遍的應用。隨著流體控制技術逐漸向著復雜化和微型化發(fā)展，其內部流動細節(jié)及微觀結構逐漸成為人們所關注的重點。由分子動力學（MD）演化而來的能量守恒耗散粒子動力學（eDPD）是一種基于粒子的新興拉格朗日數(shù)值方法，相比MD具有更高的效率和更強的靈活性，對于模擬復雜流體的流動與傳熱問題具有先天性的優(yōu)勢。
　　作為一種新興的介觀方法，eDPD的發(fā)展和應用目

2、前還較為有限，對于多物理場耦合的流動傳熱問題更是鮮有涉及。本文研究的主要目的就是將其用于電場、流場及溫度場耦合下的電滲流動與傳熱的模擬。首先詳細地介紹了電滲流動與傳熱的控制方程及eDPD方法模擬復雜流動與傳熱問題的理論基礎，并闡明了eDPD系統(tǒng)中實現(xiàn)多物理場耦合的一般方法，通過模擬簡單微通道內的純電滲流及有壓差驅動下的混合電滲流動與傳熱過程，將得到的結果分別與理論解及有限元方法（FEM）對比，驗證了該方法的正確性。
　　微混合技術

3、在微流體控制及輸運中起著強化傳質與傳熱的核心作用，對于設備的微型化和集成化具有重要的意義。本文通過改變微通道壁面的異質電勢分布結構，采用eDPD方法分別對橫向和縱向電場作用下的電滲微混合與傳熱問題進行了模擬，分析了壓力梯度及壁面電勢等對微混合產生的相關影響。研究發(fā)現(xiàn)不同方向電場作用下的微混合流態(tài)具有較大的差異，而壓力梯度的增加會導致電滲混合與傳熱的整體效果逐漸減弱。
　　誘導電滲流是近十幾年才被發(fā)現(xiàn)和提出的一種電動新現(xiàn)象，與傳統(tǒng)電

4、滲流相比能夠對微流體產生更好的驅動效果，而其內部規(guī)律尚未被完全了解，因此具有很高的研究價值。本文首次將eDPD方法應用于圓柱電極誘導電滲流動與傳熱問題的研究，分析了有壓差存在下電極材料結構變化時的誘導電滲流動與換熱特性，發(fā)現(xiàn)電極材料結構對其附近的流態(tài)有較大的影響，左側導體材料誘導產生的電滲渦流削弱了壓力梯度的作用，而右側渦流對壓力驅動流則具有一定的促進效果。
　　本文的研究充實了介觀尺度下的電動力學理論，成功地將eDPD方法應用于