基于交流動電效應的微混合器研究.pdf

1、微流控芯片中的流體混合是微流控研究領域的一個重要分支。由于微流控芯片中流體通道尺寸很?。ㄍǔ槲⒚琢考墸鲃永字Z數(shù)較小，流動狀態(tài)一般為層流，混合只能依靠分子擴散，所需時間較長。利用交流動電效應對微流控芯片中的流體進行混合具有芯片幾何結(jié)構簡單、加工成本低、易于集成、所需電壓低、溶液不易電解等優(yōu)勢，因此得到了廣泛關注。本文利用交流動電效應中的交流電滲流和交流電熱流，設計了兩類微流體混合器，并采用數(shù)值模擬結(jié)合實驗的方法對其進行了深入研究。<

2、br>　　首先，本文詳述了微流控芯片及微流體混合器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹了雙電層及交流電滲流的形成機理以及基于等效電路法的交流電滲流速度模型；同時闡述了交流電熱效應的產(chǎn)生機理及模型，為本文的微混合器設計提供理論基礎。
　　其次，基于非對稱電極交流電滲流的流動特征，本文提出并設計了非對稱電極交流電滲混合器。建立了該混合器的數(shù)學物理模型，通過求解Navier-Stokes方程及對流擴散方程，數(shù)值模擬了三維通道中兩種溶液的混合。通過對微

3、通道內(nèi)的流場及濃度場的仿真分析解釋了該混合器的工作原理。通過仿真分析，得到了該混合器的關鍵結(jié)構參數(shù)（電極寬度比、電極間距、電極長度及電極偏移距離）對混合器性能的影響規(guī)律。同時分析了所加電壓幅值及頻率、流體雷諾數(shù)及溶液電導率對該混合器性能的影響規(guī)律。
　　再次，基于交流電熱流的流動特征，本文設計了用以促進微流體混合的偏場加熱的交流電熱微混合器。建立了該混合器的數(shù)學物理模型，通過多物理場（電場、溫度場、流場、濃度場）耦合的仿真分析闡明