異構(gòu)表面微通道內(nèi)電滲流與微混合研究.pdf

1、分類(lèi)號(hào)：密級(jí)：UDC：學(xué)號(hào)：415819213056南昌大學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文異構(gòu)表面微通道內(nèi)電滲流與微混合研究異構(gòu)表面微通道內(nèi)電滲流與微混合研究StudyonElectroosmoticFlowMicromixinginHeterogeneousSurfaceMicrochannel肖水云培養(yǎng)單位（院、系）：機(jī)電工程學(xué)院指導(dǎo)教師姓名、職稱(chēng)：李鳴教授指導(dǎo)教師姓名、職稱(chēng)：楊大勇副教授指導(dǎo)教師姓名、職稱(chēng)：張衛(wèi)華高級(jí)工程師專(zhuān)業(yè)學(xué)位種類(lèi)

2、：工程碩士專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域名稱(chēng)：儀器儀表工程論文答辯日期：2016年5月27日答辯委員會(huì)主席：評(píng)閱人：2016年月日摘要I摘要微流控芯片是在一塊幾平方厘米的芯片上集成生物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室基本功能單元的技術(shù)平臺(tái)，對(duì)于分析儀器的微型化，集成化具有重要的意義。電滲流（EOF）是一種高效的微流體操控技術(shù)，其在微流控芯片技術(shù)中已有廣泛的應(yīng)用，如微流體輸送，DNA排序，細(xì)胞分離等。本文針對(duì)EOF中的復(fù)雜粗糙表面效應(yīng)、瞬態(tài)特性以及微混合進(jìn)行了研究。主要的研究?jī)?nèi)容

3、和成果如下：采用有限元法（FEM）數(shù)值模擬了PoissonNernstPlanck（PNP）模型的粗糙微通道內(nèi)冪律流體EOF。研究了正弦粗糙元和準(zhǔn)分形粗糙元對(duì)微通道內(nèi)冪律流體EOF流動(dòng)特性的影響，研究結(jié)果表明，正弦粗糙元或準(zhǔn)分形粗糙元凸起處和凹陷處的雙電層電勢(shì)和外加電場(chǎng)電勢(shì)分布趨勢(shì)相反；冪律流體EOF流量隨著兩種粗糙元相對(duì)高度或準(zhǔn)分形粗糙元迭代次數(shù)的增加而減小，隨著準(zhǔn)分形粗糙元分形維數(shù)的增加而增大，且在頻率為2.2時(shí)EOF流量最小。采用

4、格子Boltzmann方法研究了橫向交變電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)EOF和縱向交變電場(chǎng)調(diào)控EOF的瞬態(tài)特性，研究結(jié)果表明，EOF瞬態(tài)速度大小與交變電場(chǎng)幅值和溶液離子濃度成正比，與交變電場(chǎng)頻率成反比。對(duì)于橫向交變EOF，微通道中心區(qū)域的流體的運(yùn)動(dòng)滯后于EDL內(nèi)流體；對(duì)于縱向交變EOF，微通道上下壁面的電極板對(duì)數(shù)、間距和電極板極性對(duì)流體的流動(dòng)影響巨大，會(huì)改變微通道內(nèi)EOF速度方向以及漩渦數(shù)量和大小。采用FEM對(duì)比分析了三種T型微混合器內(nèi)流場(chǎng)和濃度場(chǎng)的分布，并

5、研究了Reynolds（Re）數(shù)和Scht（Sc）數(shù)對(duì)流體混合效率的影響。研究結(jié)果表明，兩種溶液的混合效率隨著Re數(shù)和Sc數(shù)的增加而減小，且減小趨勢(shì)變緩；嵌入肋板的被動(dòng)式混合強(qiáng)化模型內(nèi)的混合效率在兩塊肋板附近劇烈波動(dòng)；增加壁面非均勻Zeta電勢(shì)的主動(dòng)式混合強(qiáng)化模型內(nèi)混合效率沿水平微通道方向上波動(dòng)較小，且這種波動(dòng)在高Re數(shù)或低Sc數(shù)時(shí)會(huì)被抑制。當(dāng)Re數(shù)較小時(shí)，增加壁面非均勻Zeta電勢(shì)的主動(dòng)式混合能更好地提高溶液的混合效率，但當(dāng)Re數(shù)較大