電滲流動(dòng)與傳熱的耗散粒子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、電滲流是微流控技術(shù)和微全分析系統(tǒng)中最為重要的流體驅(qū)動(dòng)方式之一，因其簡(jiǎn)單高效而得到了較為普遍的應(yīng)用。隨著流體控制技術(shù)逐漸向著復(fù)雜化和微型化發(fā)展，其內(nèi)部流動(dòng)細(xì)節(jié)及微觀結(jié)構(gòu)逐漸成為人們所關(guān)注的重點(diǎn)。由分子動(dòng)力學(xué)（MD）演化而來的能量守恒耗散粒子動(dòng)力學(xué)（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(qiáng)的靈活性，對(duì)于模擬復(fù)雜流體的流動(dòng)與傳熱問題具有先天性的優(yōu)勢(shì)。
　　作為一種新興的介觀方法，eDPD的發(fā)展和應(yīng)用目

2、前還較為有限，對(duì)于多物理場(chǎng)耦合的流動(dòng)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(chǎng)、流場(chǎng)及溫度場(chǎng)耦合下的電滲流動(dòng)與傳熱的模擬。首先詳細(xì)地介紹了電滲流動(dòng)與傳熱的控制方程及eDPD方法模擬復(fù)雜流動(dòng)與傳熱問題的理論基礎(chǔ)，并闡明了eDPD系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)耦合的一般方法，通過模擬簡(jiǎn)單微通道內(nèi)的純電滲流及有壓差驅(qū)動(dòng)下的混合電滲流動(dòng)與傳熱過程，將得到的結(jié)果分別與理論解及有限元方法（FEM）對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的正確性。
　　微混合技術(shù)

3、在微流體控制及輸運(yùn)中起著強(qiáng)化傳質(zhì)與傳熱的核心作用，對(duì)于設(shè)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(zhì)電勢(shì)分布結(jié)構(gòu)，采用eDPD方法分別對(duì)橫向和縱向電場(chǎng)作用下的電滲微混合與傳熱問題進(jìn)行了模擬，分析了壓力梯度及壁面電勢(shì)等對(duì)微混合產(chǎn)生的相關(guān)影響。研究發(fā)現(xiàn)不同方向電場(chǎng)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(huì)導(dǎo)致電滲混合與傳熱的整體效果逐漸減弱。
　　誘導(dǎo)電滲流是近十幾年才被發(fā)現(xiàn)和提出的一種電動(dòng)新現(xiàn)象，與傳統(tǒng)電

4、滲流相比能夠?qū)ξ⒘黧w產(chǎn)生更好的驅(qū)動(dòng)效果，而其內(nèi)部規(guī)律尚未被完全了解，因此具有很高的研究?jī)r(jià)值。本文首次將eDPD方法應(yīng)用于圓柱電極誘導(dǎo)電滲流動(dòng)與傳熱問題的研究，分析了有壓差存在下電極材料結(jié)構(gòu)變化時(shí)的誘導(dǎo)電滲流動(dòng)與換熱特性，發(fā)現(xiàn)電極材料結(jié)構(gòu)對(duì)其附近的流態(tài)有較大的影響，左側(cè)導(dǎo)體材料誘導(dǎo)產(chǎn)生的電滲渦流削弱了壓力梯度的作用，而右側(cè)渦流對(duì)壓力驅(qū)動(dòng)流則具有一定的促進(jìn)效果。
　　本文的研究充實(shí)了介觀尺度下的電動(dòng)力學(xué)理論，成功地將eDPD方法應(yīng)用于