本文關(guān)鍵詞：異構(gòu)表面微通道內(nèi)電滲流與微混合研究

  更多相關(guān)文章： 電滲流 粗糙微通道 格子Boltzmann方法 瞬態(tài)特性 微混合

【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。主要的研究內(nèi)容和成果如下:采用有限元法(FEM)數(shù)值模擬了Poisson-Nernst-Planck(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和外加電場電勢分布趨勢相反;冪律流體EOF流量隨著兩種粗糙元相對高度或準(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。采用格子Boltzmann方法研究了橫向交變電場驅(qū)動(dòng)EOF和縱向交變電場調(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幅值和溶液離子濃度成正比,與交變電場頻率成反比。對于橫向交變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;對于縱向交變EOF,微通道上下壁面的電極板對數(shù)、間距和電極板極性對流體的流動(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對比分析了三種T型微混合器內(nèi)流場和濃度場的分布,并研究了Reynolds(Re)數(shù)和Schmidt(Sc)數(shù)對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)較大時(shí),嵌入肋板的被動(dòng)式混合的混合效果更好。
【關(guān)鍵詞】：電滲流 粗糙微通道 格子Boltzmann方法 瞬態(tài)特性 微混合
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN492;TK124
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 研究的背景與意義9-10
• 1.2 微流控芯片研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 電滲流研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 光滑微通道電滲流12-13
• 1.3.2 粗糙微通道電滲流13-14
• 1.3.3 交變電場電滲流14-15
• 1.3.4 電滲微混合15-16
• 1.4 本文研究內(nèi)容16-17
• 第2章 電滲流理論基礎(chǔ)及控制方程17-25
• 2.1 電滲流理論基礎(chǔ)17-18
• 2.2 電滲流控制方程18-21
• 2.2.1 EDL電勢控制方程18-19
• 2.2.2 外加電場電勢控制方程19
• 2.2.3 流場控制方程19-20
• 2.2.4 濃度場控制方程20
• 2.2.5 流體本構(gòu)方程20-21
• 2.3 電滲流流動(dòng)的格子Boltzmann方程21-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 粗糙表面微通道內(nèi)冪律流體電滲流研究25-42
• 3.1 冪律流體電滲流PNP模型驗(yàn)證25-27
• 3.2 正弦粗糙表面微通道27-32
• 3.2.1 物理模型和邊界條件27-28
• 3.2.2 正弦粗糙元對電勢以及速度分布的影響28-29
• 3.2.3 正弦粗糙元高度的影響29-31
• 3.2.4 正弦粗糙元頻率的影響31-32
• 3.3 準(zhǔn)分形粗糙表面微通道32-41
• 3.3.1 物理模型和邊界條件32-33
• 3.3.2 準(zhǔn)分形粗糙元對電勢以及速度分布的影響33-36
• 3.3.3 動(dòng)電參數(shù)的影響36-37
• 3.3.4 冪律指數(shù)的影響37-39
• 3.3.5 準(zhǔn)分形粗糙元高度的影響39
• 3.3.6 準(zhǔn)分形粗糙元分形維數(shù)的影響39-40
• 3.3.7 準(zhǔn)分形粗糙元迭代次數(shù)的影響40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 交變電場瞬態(tài)電滲流研究42-59
• 4.1 橫向交變電場驅(qū)動(dòng)電滲流42-47
• 4.1.1 物理模型和邊界條件42-43
• 4.1.2 橫向交變電場驅(qū)動(dòng)電滲流的瞬態(tài)速度43-45
• 4.1.3 交變電場強(qiáng)度的影響45
• 4.1.4 交變電場頻率的影響45-46
• 4.1.5 溶液離子濃度的影響46-47
• 4.1.6 微通道寬度的影響47
• 4.2 縱向交變電場調(diào)控電滲流47-58
• 4.2.1 物理模型和邊界條件47-48
• 4.2.2 縱向交變電場調(diào)控電滲流的瞬態(tài)速度48-50
• 4.2.3 交變電場強(qiáng)度的影響50-51
• 4.2.4 交變電場頻率的影響51
• 4.2.5 溶液離子濃度的影響51-52
• 4.2.6 微通道寬度的影響52
• 4.2.7 電極板對數(shù)的影響52-54
• 4.2.8 電極板間距的影響54-56
• 4.2.9 電極板極性的影響56-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 第5章 T型微混合器的混合強(qiáng)化59-67
• 5.1 牛頓流體電滲流PB模型驗(yàn)證59-60
• 5.2 物理模型和邊界條件60-61
• 5.3 流場和濃度場61-63
• 5.4 Re數(shù)的影響63-65
• 5.5 Sc數(shù)的影響65-66
• 5.6 本章小結(jié)66-67
• 第6章 結(jié)論與總結(jié)67-70
• 6.1 總結(jié)67-69
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)69
• 6.3 展望69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-78
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果78

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號(hào)：635791