冪律流體的電滲壓力驅(qū)動(dòng)測量與模擬研究.pdf

1、微流體技術(shù)是指在微尺度下檢測、操作和控制復(fù)雜流體的技術(shù)，是在微電子、微機(jī)械、納米技術(shù)、生物工程、儀器科學(xué)與技術(shù)等多個(gè)學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門全新交叉學(xué)科。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對電滲壓力驅(qū)動(dòng)下的非牛頓冪律流體流動(dòng)特性進(jìn)行了分析。主要內(nèi)容與成果如下：
　　對比了四種用于微通道芯片制作材料的優(yōu)缺點(diǎn)，詳細(xì)介紹高分子聚合物材料PMMA、PDMS的特點(diǎn)及微通道制作工藝，設(shè)計(jì)并制作了實(shí)驗(yàn)用微通道；介紹了電滲驅(qū)動(dòng)及壓

2、力驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；基于NIPCI-6014采集卡和LabVIEW編程軟件設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集程序；并通過實(shí)驗(yàn)與模擬數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可操作性。
　　介紹羧甲基纖維素鈉（CMC）溶液這一非牛頓冪律流體的流變行為，分析了濃度及加入不同濃度不同種類陽離子對溶液流變行為的影響。對不同通道尺寸及不同溶液的電滲驅(qū)動(dòng)及壓力驅(qū)動(dòng)進(jìn)行簡單實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，溶液中加入Na+、Ca2+會分別改變流體流變行為；研究的冪律流體的黏度較大，電

3、滲驅(qū)動(dòng)效率較差；在壓力驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，微尺度效應(yīng)及電黏性效應(yīng)等影響，流體的流量與壓差呈非線性關(guān)系，溶液中加入陽離子后會改變冪律流體黏度的同時(shí)會增強(qiáng)電黏性效應(yīng)。
　　通過數(shù)值模擬對三維矩形微通道內(nèi)電滲壓力混合驅(qū)動(dòng)冪律流體的流動(dòng)及傳熱過程進(jìn)行了詳細(xì)研究，具體對各流動(dòng)參數(shù)對微通道內(nèi)溫度分布以及傳熱過程的影響進(jìn)行分析。結(jié)果表明，冪律指數(shù)n與zeta電勢的增大均會使得無量綱溫度θ增大，動(dòng)電參數(shù)K的增大則會使得θ減?。痪匦瓮ǖ缹捀弑戎郸猎龃髸r(shí)會使