微通道內(nèi)電滲流有限元數(shù)值模擬.pdf

1、微流控芯片在疾病診斷、藥物篩選和環(huán)境監(jiān)測(cè)等許多方面有著廣泛運(yùn)用，微流控芯片的迅速發(fā)展對(duì)微流體及其控制的研究提出了更高的要求。微流控芯片具有體積小、可調(diào)控參數(shù)多、調(diào)控精確度高、自動(dòng)化程度高、可以集成和大批量生產(chǎn)、能實(shí)現(xiàn)快速分析和降低硬件費(fèi)用等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。但是，微觀尺度下的流體運(yùn)動(dòng)與宏觀流動(dòng)的規(guī)律不同，宏觀狀態(tài)下常常被忽略的一些影響因素，在微觀尺度下對(duì)流體運(yùn)動(dòng)卻起著主要的作用，成為影響微流控芯片性能的關(guān)鍵因素之一，引起研究者的極大關(guān)注。

2、 本文分析了電滲流形成的基本理論，推導(dǎo)了電場(chǎng)和流場(chǎng)多場(chǎng)耦合的控制方程，并運(yùn)用多物理場(chǎng)分析軟件對(duì)圓形微通道內(nèi)壁面粗糙度對(duì)電滲流的影響，以及zeta電勢(shì)和微通道截面形狀對(duì)微混合的影響進(jìn)行詳細(xì)地研究。 本文的主要研究成果和創(chuàng)新在于： 構(gòu)建了壁面粗糙度單元為三角形的幾何模型，采用有限元方法研究了壁面粗糙度單元參數(shù)對(duì)圓形截面微通道內(nèi)電滲流的影響，分析了微通道兩端存在阻礙壓力作用下的情況。結(jié)果表明，壁面粗糙度單元寬度和間隔增加時(shí)

3、微通道中截面流速先減小后增加。截面流速隨著相對(duì)粗糙度的增加非線(xiàn)性減小，但減小趨勢(shì)變緩。相對(duì)粗糙度增加時(shí)壓力與截面流速線(xiàn)的斜率減小，截面流速不易受壓力變化的影響。結(jié)論對(duì)電滲流驅(qū)動(dòng)微流體的精確操控具有技術(shù)參考意義。 模擬了二維電滲流驅(qū)動(dòng)下的微混合，研究了極性相同的壁面zeta電勢(shì)和極性相反的壁面zeta電勢(shì)對(duì)應(yīng)微通道內(nèi)的混合速度，獲得了壁面帶有極性相反的zeta電勢(shì)時(shí)截面形狀與混合速度的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，壁面所帶極性相同的電勢(shì)的截