冪律流體的電滲壓力驅(qū)動測量與模擬研究.pdf

1、微流體技術(shù)是指在微尺度下檢測、操作和控制復(fù)雜流體的技術(shù)，是在微電子、微機械、納米技術(shù)、生物工程、儀器科學(xué)與技術(shù)等多個學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門全新交叉學(xué)科。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方法，對電滲壓力驅(qū)動下的非牛頓冪律流體流動特性進行了分析。主要內(nèi)容與成果如下：
　　對比了四種用于微通道芯片制作材料的優(yōu)缺點，詳細介紹高分子聚合物材料PMMA、PDMS的特點及微通道制作工藝，設(shè)計并制作了實驗用微通道；介紹了電滲驅(qū)動及壓

2、力驅(qū)動的實驗原理及實驗系統(tǒng)；基于NIPCI-6014采集卡和LabVIEW編程軟件設(shè)計了實驗數(shù)據(jù)采集程序；并通過實驗與模擬數(shù)據(jù)對比驗證了實驗系統(tǒng)的可操作性。
　　介紹羧甲基纖維素鈉（CMC）溶液這一非牛頓冪律流體的流變行為，分析了濃度及加入不同濃度不同種類陽離子對溶液流變行為的影響。對不同通道尺寸及不同溶液的電滲驅(qū)動及壓力驅(qū)動進行簡單實驗研究。結(jié)果表明，溶液中加入Na+、Ca2+會分別改變流體流變行為；研究的冪律流體的黏度較大，電

3、滲驅(qū)動效率較差；在壓力驅(qū)動實驗中，微尺度效應(yīng)及電黏性效應(yīng)等影響，流體的流量與壓差呈非線性關(guān)系，溶液中加入陽離子后會改變冪律流體黏度的同時會增強電黏性效應(yīng)。
　　通過數(shù)值模擬對三維矩形微通道內(nèi)電滲壓力混合驅(qū)動冪律流體的流動及傳熱過程進行了詳細研究，具體對各流動參數(shù)對微通道內(nèi)溫度分布以及傳熱過程的影響進行分析。結(jié)果表明，冪律指數(shù)n與zeta電勢的增大均會使得無量綱溫度θ增大，動電參數(shù)K的增大則會使得θ減小；矩形通道寬高比值α增大時會使