隨著納米材料及微機電系統(tǒng)的迅速發(fā)展,微流控技術在生物醫(yī)學、化學分析和環(huán)境改善等方面呈現(xiàn)出廣泛的應用前景。其中電滲流是通過外加電場驅動微液體在壁面上流動,形成擾動的渦流來控制流體流動的主動方案。電滲驅動以效率高、可控性好、成本低、不需要活動部件等優(yōu)點,成為微流動控制的主要發(fā)展方向。本文在電滲微混合器的國內(nèi)外研究的基礎上,采用數(shù)值模擬的方法針對直管道微混合器的混合機制及參數(shù)優(yōu)化進行研究,主要研究成果和創(chuàng)新點如下:在微通道內(nèi)流體流動的理論基礎上,研究了電滲流的產(chǎn)生機理、影響因素及流體流動特性,分析了數(shù)值模擬過程中所涉及的物理場控制方程和邊界條件。建立了二維直通道電滲微混合器模型,研究電滲參數(shù)對混合效率的影響。結果表明:當施加交變電場時,電極處由于電場電滲誘發(fā)混沌流形成漩渦,流體發(fā)生擠壓和拉伸,混合效果較無交變電場時明顯增強;隨著電極電壓、電極長度和電極頻率的增大,微通道出口處的平均混合效率先增大后減小,均有一個合適的電極參數(shù)值使混合效率達到最大。建立了三維圓柱型管道電滲混合器模型,在管壁外側放置兩個彎曲的電極,針對電滲流對混合效率影響及機理進行分析。結果表明:施加正弦交變電場后形成的電滲流場... 

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

T型和

第1章緒論-5-a)T型混合器b)R型混合器圖1-4T型和R型混合器結構圖[36]通過在混合通道中設置凹槽或者添加一些障礙物可以增加混合效率，這些凹槽或者障礙物會產(chǎn)生額外的擾動。王昆等人[38]進一步進行改造強化混合采用計算流體力學的方法研究了V型凹槽內(nèi)3種不同阻塊放置的混合器并對比其混合性能和能量消耗，如圖1-5為引入凹槽的混合器。Hsieh[39]設計了一組內(nèi)置阻塊波浪形微混合器，研究結果表明可以有效地誘發(fā)混沌流，提高流體的混合效果。文獻[40]給出了不同無源微混合器性能的對比表，由表可以得出，在無源混合器中添加障礙物、在壁面設置壁壘或改變混合器結構形狀等，均可以有效提高混合效率。Strook[41]設計了骨型的微混合器，F(xiàn)u[42]設計了SOR微混合器，均是通過在微通道內(nèi)添加阻塊，擾動流場并誘發(fā)混沌流增強混合效果。宋紅軍[43]通過改變管道內(nèi)表面電勢，得到一種新型的電滲微混合器-棋盤微混合器（如圖1-6所示），結果表明混合效果顯著增強。圖1-5引入凹槽的混合器[38]圖1-6棋盤微混合器的示意圖[43]

第1章緒論-11-和電壓頻率有利于促進微通道中的溶液混合。圖1-8微混合器設計示意圖[68]圖1-9非對稱電極交流電滲微混合器的結構圖[69]1.4本文研究目的和內(nèi)容提高微流體系統(tǒng)的混合效率已經(jīng)成為微混合研究的熱點，并引起了學者的廣泛關注。而現(xiàn)有研究主要針對混合器的結構形式，缺少對混合機制的研究。課題采用數(shù)值模擬的方法構建二維直通道和三維圓柱型微混合器模型，研究電極參數(shù)對混合效率的影響，并針對電滲混合參數(shù)進行優(yōu)化研究，探討電滲混合機理及流場控制方案，以提高微混合器模型的混合效率。本文研究內(nèi)容主要包括：（1）微通道內(nèi)流體流動理論基礎介紹了微通道內(nèi)流體流動理論基礎，電滲流的產(chǎn)生機理、影響因素及應用，分析了微通道內(nèi)流體流動特性包括流體混合機理和混合強度衡量指標，最后本文所采用的數(shù)值模型的物理場控制方程和邊界條件；（2）二維直通道電滲微混合器數(shù)值模擬建立了直通道電滲微混合器模型并進行二維電滲微混合器的數(shù)值模擬，研究分析電極參數(shù)對渦流特性和混合效率的影響，電極參數(shù)包括電極電壓、電極長度和電極頻率，最后對電極參數(shù)進行優(yōu)化，找到最合適的電極參數(shù)，使微混合器的混合效率達到最優(yōu)；（3）三維圓柱型通道電滲微混合器數(shù)值模擬建立圓柱型電滲微混合器模型并進行三維電滲微混合器的數(shù)值模擬，研究分析了電滲流嘗復合流場的形成機制及特性，并進一步探討流場的控制方案；

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]基于PNP模型的平板微通道非牛頓冪律流體電滲流的數(shù)值模擬研究[D]. 申力.南昌大學 2015
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本文編號：3121396