基于交流動(dòng)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(gè)重要分支。由于微流控芯片中流體通道尺寸很?。ㄍǔ槲⒚琢考?jí)），流動(dòng)雷諾數(shù)較小，流動(dòng)狀態(tài)一般為層流，混合只能依靠分子擴(kuò)散，所需時(shí)間較長(zhǎng)。利用交流動(dòng)電效應(yīng)對(duì)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(jiǎn)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(shì)，因此得到了廣泛關(guān)注。本文利用交流動(dòng)電效應(yīng)中的交流電滲流和交流電熱流，設(shè)計(jì)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(duì)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(guó)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(shí)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(jì)提供理論基礎(chǔ)。
　　其次，基于非對(duì)稱電極交流電滲流的流動(dòng)特征，本文提出并設(shè)計(jì)了非對(duì)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(duì)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(duì)微

3、通道內(nèi)的流場(chǎng)及濃度場(chǎng)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(zhǎng)度及電極偏移距離）對(duì)混合器性能的影響規(guī)律。同時(shí)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(duì)該混合器性能的影響規(guī)律。
　　再次，基于交流電熱流的流動(dòng)特征，本文設(shè)計(jì)了用以促進(jìn)微流體混合的偏場(chǎng)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(chǎng)（電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、濃度場(chǎng)）耦合的仿真分析闡明