行波交流電滲微流體驅(qū)動理論與實驗研究.pdf

1、圖書分類號：O361.4U.D.C.:53工學(xué)碩士學(xué)位論文行波交流電滲微流體驅(qū)動理論與實驗研究碩士研究生：尚棟導(dǎo)師：姜洪源教授申請學(xué)位級別：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：機械設(shè)計及理論所在單位：機電工程學(xué)院答辯日期：2008年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要摘要微流體控制系統(tǒng)是微機電系統(tǒng)(MicroElectroMechanicalSystemsMEMS)的一個重要分支，微流控系統(tǒng)中微流體的驅(qū)動方式直接影響到微流

2、體的驅(qū)動效果和精度。與其他驅(qū)動方式相比，行波交流電滲微流體驅(qū)動具有使用電壓低、不易發(fā)生電解反應(yīng)、不易產(chǎn)生氣泡、流體的流動穩(wěn)定、流線平直、流體驅(qū)動方向可調(diào)、可以實現(xiàn)雙向驅(qū)動、容易集成到芯片實驗室系統(tǒng)中等多個優(yōu)點，是微流體驅(qū)動研究的一個重要方向。本文詳細(xì)綜述了微機電系統(tǒng)以及微泵的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析了雙電層和電滲流的產(chǎn)生機理，從而進(jìn)一步的研究了行波交流電滲的產(chǎn)生機理。根據(jù)線性雙電層理論，通過分析計算，得出了行波交流電滲中電極表面流體的速度公

3、式。建立了行波交流電滲微泵的物理模型和數(shù)學(xué)模型，利用Laplace方程和NavierStokes方程描述微通道內(nèi)的電場和流場的分布，確立相應(yīng)的邊界條件，通過仿真軟件COMSOLMultiphysics進(jìn)行仿真計算，得到了微通道內(nèi)電場和流場的分布情況。分析了微通道內(nèi)的流場分布情況，從理論上驗證了行波交流電滲的正確性。改變仿真中的參數(shù)，分析了不同參數(shù)對行波交流電滲中流體流速的影響。為了驗證理論研究結(jié)果的正確性，設(shè)計了行波交流電滲實驗，選擇了

4、合理的實驗條件，改變?nèi)芤簠?shù)及調(diào)節(jié)輸入信號參數(shù)，進(jìn)行了大量的實驗研究。觀察到了微通道內(nèi)流體的流動，驗證了行波交流電滲理論的正確性。通過粒子圖像測速法對不同信號參數(shù)下獲得的視頻文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到了行波交流電滲中流體的速度數(shù)據(jù)和誤差數(shù)據(jù)。根據(jù)不同參數(shù)下的速度數(shù)據(jù)，對比相同條件下的仿真結(jié)果，研究了信號的頻率、幅值以及溶液的電導(dǎo)率等因素對行波交流電滲中流體流速的影響規(guī)律，并從理論上給出了合理的解釋。本課題的研究結(jié)果為行波交流電滲中微流體的驅(qū)