異構(gòu)表面微通道內(nèi)電滲流與微混合研究.pdf

1、分類號：密級：UDC：學(xué)號：415819213056南昌大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文異構(gòu)表面微通道內(nèi)電滲流與微混合研究異構(gòu)表面微通道內(nèi)電滲流與微混合研究StudyonElectroosmoticFlowMicromixinginHeterogeneousSurfaceMicrochannel肖水云培養(yǎng)單位（院、系）：機(jī)電工程學(xué)院指導(dǎo)教師姓名、職稱：李鳴教授指導(dǎo)教師姓名、職稱：楊大勇副教授指導(dǎo)教師姓名、職稱：張衛(wèi)華高級工程師專業(yè)學(xué)位種類

2、：工程碩士專業(yè)領(lǐng)域名稱：儀器儀表工程論文答辯日期：2016年5月27日答辯委員會主席：評閱人：2016年月日摘要I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，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

3、和成果如下：采用有限元法（FEM）數(shù)值模擬了PoissonNernstPlanck（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EOF流量最小。采用

4、格子Boltzmann方法研究了橫向交變電場驅(qū)動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影響巨大，會改變微通道內(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

5、研究了Reynolds（Re）數(shù)和Scht（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；增加壁面非均勻Zeta電勢的主動式混合強(qiáng)化模型內(nèi)混合效率沿水平微通道方向上波動較小，且這種波動在高Re數(shù)或低Sc數(shù)時會被抑制。當(dāng)Re數(shù)較小時，增加壁面非均勻Zeta電勢的主動式混合能更好地提高溶液的混合效率，但當(dāng)Re數(shù)較大