微小異形截面槽道內(nèi)電滲流動特性分析.pdf

1、目前，隨著微加工技術(shù)、微機電系統(tǒng)與微流體器械等高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，微小尺寸設(shè)備己在微電子機械系統(tǒng)、微機電系統(tǒng)、微型器械等諸多領(lǐng)域開始應(yīng)用。其中，具有結(jié)構(gòu)簡單、流動方式連續(xù)等特點的電滲微泵不僅應(yīng)用于微機電系統(tǒng)，在醫(yī)療藥物運輸以及兩相流制冷技術(shù)，甚至宇航科技中也都有著廣闊的應(yīng)用前景。另一方面，直接甲醇燃料電池作為一種新型清潔能源成為當(dāng)前的熱點研究課題，直接甲醇燃料電池內(nèi)水的遷移和甲醇的滲透與電滲作用密切相關(guān)。因此，深入研究微尺度槽道內(nèi)電滲流

2、動特性將為這些現(xiàn)代高新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)，對改善燃料電池內(nèi)物質(zhì)傳輸和提升燃料電池性能具有重要的理論指導(dǎo)意義。 本文分別在等溫流動及考慮焦耳熱情況下，建立了微小三角形槽道、圓柱體材料按三角形、正方形排列所構(gòu)成的微小槽道內(nèi)電滲流動理論模型。通過Galerkin法計算并分析了其內(nèi)部的電勢及速度分布，獲得了溫度、槽道尺寸、電場強度、zeta電勢以及電解質(zhì)濃度對微槽道內(nèi)電滲流動的影響規(guī)律。得到了不同槽道尺寸以及zeta電勢下質(zhì)量流量

3、分別隨順壓力梯度以及逆壓力梯度變化關(guān)系，并分別將順壓力梯度以及逆壓力梯度下速度分布與純電滲流動下速度分布進(jìn)行了比較，系統(tǒng)地討論了質(zhì)量流量隨各無量綱參數(shù)的變化規(guī)律，其主要結(jié)論如下： 1) 微槽道內(nèi)雙電層引起的電勢分布存在于槽道壁面附近，越靠近壁面電荷分布越密集，液體所受電滲作用引起的體積力愈大。 2) 在電滲體積力和粘性力共同作用下，槽道壁面間距較小處的中心區(qū)域的液體流速較大；而間距較大處的中心區(qū)域的液體速度較小。

4、 3) 液體的質(zhì)量流量隨zeta電勢、電場強度、流體溫度及電解質(zhì)濃度的增加而增加，隨槽道尺寸的增加先增加后減小。 4) 質(zhì)量流量隨順壓力梯度的增加而增加，當(dāng)壓力梯度較小時，電滲作用較大，質(zhì)量流量隨壓力梯度變化較小；當(dāng)壓力梯度增大到一定程度時，質(zhì)量流量隨壓力梯度的增加近似成線性增加。逆壓力梯度條件下情況則相反。 5) 槽道尺寸較大時，壓力梯度的影響對電滲流動影響較大；不同zeta電勢下，壓力梯度對電滲流動的影響情況變化不大

5、。 6）當(dāng)逆壓力梯度達(dá)到一定值時，槽道內(nèi)壁面間距較小處液體流速為正，而槽道內(nèi)壁面間距較大處液體流速為負(fù)。 7）隨著Ju數(shù)的增加，溫度隨之升高，流道內(nèi)的液體流速亦會隨之增加。當(dāng)逆壓力梯度較小時，較大Ju數(shù)下的質(zhì)量流量較大，當(dāng)逆壓力梯度較大時，較大Ju數(shù)下的質(zhì)量流量卻更小。8) 壓力梯度一定的情況下，質(zhì)量流量隨K值的增加而增加，當(dāng)逆壓力梯度為某一值時，K值較小時Ju數(shù)較大的質(zhì)量流量較小，K值較大時，Ju數(shù)越大的質(zhì)量流量越大。