本文關(guān)鍵詞：微量液滴進(jìn)入雙極板結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制方法及實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：微流體控制系統(tǒng)尤其是數(shù)字微流控系統(tǒng)具有實(shí)驗(yàn)試劑消耗小、分析效率高和集成方便等特點(diǎn),已經(jīng)在化學(xué)分析、生物醫(yī)療等領(lǐng)域獲得了非常廣泛的應(yīng)用。數(shù)字微流控芯片主要分為開(kāi)放式(單極板)和封閉式(雙極板)兩種,兩種芯片各有優(yōu)缺點(diǎn),由此單雙極板混合數(shù)字微流控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。而液滴在兩區(qū)間的運(yùn)動(dòng)就成了必然要求,但是對(duì)于大液滴而言,進(jìn)入狹小雙極板區(qū)十分困難,為了實(shí)現(xiàn)了大液滴自發(fā)進(jìn)入雙極板區(qū)的目的,本文改進(jìn)了驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)并提出了一種新型的開(kāi)合式的液滴驅(qū)動(dòng)方式。首先,從理論上研究了液滴進(jìn)入雙極板區(qū)域的影響因素。整個(gè)過(guò)程被分為“初始運(yùn)動(dòng)”和“壓力運(yùn)動(dòng)”兩部分�；诜肿觿�(dòng)力學(xué)理論及COMSOL的仿真,得出“初始運(yùn)動(dòng)”受到基板厚度,基板濕潤(rùn)度,上下極板間距和上極板形狀的影響�；谶@些因素,本文對(duì)上極板形狀和厚度進(jìn)行了優(yōu)化。參考不平行中液滴運(yùn)動(dòng)的模型,本文提出了利用開(kāi)合運(yùn)動(dòng)及平行板不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)使液滴的進(jìn)入狹窄縫隙的方案。其次,我們針對(duì)液滴進(jìn)入雙極板區(qū)的過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值仿真�；贠PENGL三維成像庫(kù)函數(shù),利用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(SPH)方法編寫(xiě)了針對(duì)微液滴的仿真程序。模擬了液滴在平面上生成并自發(fā)進(jìn)入縫隙的過(guò)程,詳細(xì)研究了參數(shù)對(duì)液滴運(yùn)動(dòng)過(guò)程的影響。通過(guò)液滴形成的仿真,驗(yàn)證了模型的正確性。通過(guò)對(duì)不同間距縫隙和不同形狀基板的情況下的液滴運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析,驗(yàn)證了上下板間距和上極板形狀的影響作用。最后,液滴進(jìn)入雙極板區(qū)的過(guò)程在實(shí)驗(yàn)上得到了驗(yàn)證。我們采用Teflon的疏水面,通過(guò)對(duì)于液滴在不同間隙情況下自發(fā)運(yùn)動(dòng)的情況,驗(yàn)證了理論和仿真的合理性。通過(guò)搭建控制平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了兩基板的相對(duì)開(kāi)合運(yùn)動(dòng),藉此,成功實(shí)現(xiàn)了甚至10μL大液滴的向狹窄間隙運(yùn)動(dòng)的目的。并在最后將開(kāi)合運(yùn)動(dòng)的控制方式推廣至親水界面。本文研究了液滴進(jìn)入雙極板區(qū)域的運(yùn)動(dòng),優(yōu)化了液滴運(yùn)動(dòng)過(guò)程,為之后的液滴運(yùn)動(dòng)研究奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字微流控 雙極板 SPH仿真 控制方法
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN492
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 課題背景及研究意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 數(shù)字微流控發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 液滴在單雙極板上運(yùn)動(dòng)的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第二章 液滴進(jìn)入雙極板區(qū)域的影響因素分析17-34
• 2.1 引言17
• 2.2 Laplace公式17-19
• 2.3 液滴在單雙極板上的受力模型19-22
• 2.3.1 液滴在單極板上的受力模型19-20
• 2.3.2 液滴在雙極板中的受力模型20-22
• 2.4 液滴進(jìn)入雙極板區(qū)運(yùn)動(dòng)過(guò)程模型22-29
• 2.4.1 液滴進(jìn)入雙極板區(qū)“初始運(yùn)動(dòng)”的分析與建模22-27
• 2.4.2 液滴進(jìn)入雙極板區(qū)“壓力運(yùn)動(dòng)”的分析與建模27-29
• 2.5 影響液滴進(jìn)入雙極板區(qū)域的因素29-32
• 2.5.1 極板界面濕潤(rùn)度29-30
• 2.5.2 上下極板間距30-31
• 2.5.3 上極板厚度31
• 2.5.4 上極板形狀31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-34
• 第三章 針對(duì)液滴進(jìn)入雙極板區(qū)運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化控制方案34-41
• 3.1 引言34
• 3.2 針對(duì)液滴運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及分析34-36
• 3.2.1 上極板厚度優(yōu)化34-35
• 3.2.2 上極板形狀優(yōu)化35-36
• 3.3 有利于液滴進(jìn)入雙極板區(qū)的運(yùn)動(dòng)控制手段36-40
• 3.3.1 上下極板固定的運(yùn)動(dòng)控制36-38
• 3.3.2 上下基板可開(kāi)合運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 針對(duì)液滴進(jìn)入雙極板區(qū)運(yùn)動(dòng)的SPH仿真分析41-58
• 4.1 引言41
• 4.2 SPH方法基本原理及計(jì)算流程41-45
• 4.2.1 SPH方法研究進(jìn)展41
• 4.2.2 SPH方法基本方程41-44
• 4.2.3 核函數(shù)的性質(zhì)44
• 4.2.4 SPH方法的計(jì)算流程44-45
• 4.3 針對(duì)液滴運(yùn)動(dòng)的SPH數(shù)值算法建模45-49
• 4.3.1 拉格朗日視角下的Navier-Stokes方程46
• 4.3.2 密度的近似算法46-47
• 4.3.3 壓強(qiáng)的近似算法47-48
• 4.3.4 壓力項(xiàng)與粘度項(xiàng)的近似算法48-49
• 4.4 SPH方法在液滴運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題49-51
• 4.4.1 邊界處理49
• 4.4.2 光滑長(zhǎng)度選擇49
• 4.4.3 表面張力處理49-51
• 4.5 仿真結(jié)果及分析51-57
• 4.5.1 液滴形成的仿真52-53
• 4.5.2 液滴進(jìn)入不同雙極板間隙的雙極板區(qū)的仿真53-55
• 4.5.3 液滴進(jìn)入不同上極板形狀的雙極板區(qū)的仿真55-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 第五章 液滴進(jìn)入雙極板區(qū)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)58-65
• 5.1 引言58
• 5.2 液滴開(kāi)合運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)58-59
• 5.2.1 疏水界面58
• 5.2.2 微動(dòng)平臺(tái)58-59
• 5.3 基于不同厚度上基板液滴初始位置的比較59-60
• 5.4 基于疏水界面的不同大小液滴的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)60-63
• 5.5 基于親水界面的大液滴的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)63-64
• 5.6 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 總結(jié)65-66
• 6.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間科研成果71-72
• 致謝72-73

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7 黃明宇;倪紅軍;朱昱;李飛;駱兵;;中間相碳微球／石墨材料燃料電池雙極板的研究[A];第七屆全國(guó)氫能學(xué)術(shù)會(huì)議專(zhuān)輯[C];2006年

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本文編號(hào)：691964