芯片實(shí)驗(yàn)室微流體數(shù)學(xué)模型的建立及數(shù)值求解研究.pdf

1、在過(guò)去的十幾年中，芯片實(shí)驗(yàn)室微或全分析系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最前沿的研究領(lǐng)域之一，它具有分析速度快、信息量高、操作費(fèi)用低、試樣消耗小、污染小的顯著特點(diǎn)。
　　隨著芯片實(shí)驗(yàn)室特別是微流控芯片的發(fā)展，微米乃至納米尺度構(gòu)件中流體的控制技術(shù)顯得越來(lái)越重要，己經(jīng)成為微系統(tǒng)發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。需要更精確地操縱芯片上的流體，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)芯片的功能，因此微流控芯片流體的定量研究對(duì)芯片功能的設(shè)計(jì)和分析有重要意義。為了對(duì)芯片實(shí)驗(yàn)室做出定量的分析

2、，需要微流體理論的支持。
　　本文首先總結(jié)了國(guó)內(nèi)外芯片實(shí)驗(yàn)室微流體數(shù)值研究發(fā)展?fàn)顩r。根據(jù)芯片實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部微流體的基本理論，建立了由Navier-Stokes方程，連續(xù)性方程，Boltzmann分布和Poisson方程藕合在一起的模型。并根據(jù)微流體的特性進(jìn)行了簡(jiǎn)化。通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬獲得不同進(jìn)樣條件下的電勢(shì)、速度場(chǎng)以及流場(chǎng)的分布情況，從而得知流體在微溝道內(nèi)的流動(dòng)情況，既可以避免盲目的實(shí)驗(yàn)嘗試，提高實(shí)驗(yàn)效率;同時(shí)也可以為集成毛細(xì)管電泳芯

3、片的版圖設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考依據(jù)。
　　本文從芯片實(shí)驗(yàn)室的縮微化理論入手，探討了流體的微尺度效應(yīng)，分析了宏觀和微觀的流體之間的差別。通過(guò)有限元方法對(duì)溶液內(nèi)部的電勢(shì)分布進(jìn)行了分析，并且與原有模型進(jìn)行了比對(duì)，簡(jiǎn)化了雙電層的電勢(shì)分布和電荷濃度分布的公式。求解了矩形截面微通道和圓形截面微通道中的電勢(shì)分布并進(jìn)行比較。利用流體有限元方法和迭代法對(duì)微流體的電滲效應(yīng)進(jìn)行了求解，推導(dǎo)出電滲流的簡(jiǎn)化計(jì)算公式并與壓力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)進(jìn)行了比對(duì)。
　　根據(jù)