雙電層影響下的微通道分層流動及其穩(wěn)定性研究.pdf

1、微機電系統(tǒng)MEMS中的微流體系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測、化學分析、臨床檢測及微電子等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。微流體力學研究特征尺度為微米的流體運動。與宏觀系統(tǒng)不同，表面效應(yīng)如雙電層(Electrical Double Layer)成為微流動主要控制因素。本文以雙電層效應(yīng)為核心，首次建立了考慮雙電層和壁面滑移聯(lián)合影響下的單相流平均流場解析解和考慮雙電層影響下的分層流平均流場解析解，重點研究了雙電層影響下的單相流和分層微流動平均流與其穩(wěn)定性，主要得到了以下結(jié)論

2、：
　　 (1)雙電層使速度在壁面附近產(chǎn)生回流，通道越窄，則雙電層效應(yīng)越強，對流動的抑制作用也越強，回流越顯著。將雙電層與邊界滑移的效應(yīng)疊加，回流促使邊界滑移速度指向流動相反方向，滑移加強了雙電層對流動的抑制作用。將雙電層、邊界滑移和表觀黏性修正三者疊加，滑移現(xiàn)象受雙電層和表觀黏性的耦合效應(yīng)影響。若雙電層效應(yīng)強，滑移速度指向流動相反方向。若表觀黏性效應(yīng)強，則邊界滑移被弱化，平均流有拐點出現(xiàn)。
　　 (2)雙電層的效應(yīng)越強

3、，則系統(tǒng)的臨界雷諾數(shù)越小，臨界波數(shù)越大，流動越易失穩(wěn)。將雙電層與邊界滑移疊加，臨界雷諾數(shù)比單獨考慮雙電層時小，邊界滑移強化了雙電層的作用。將表觀黏性與邊界滑移效應(yīng)疊加，當表觀黏性效應(yīng)較強時，滑移對臨界雷諾數(shù)的影響很小，不能增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。將雙電層、邊界滑移和表觀黏性修正三者疊加，雙電層和表觀黏性均能減小系統(tǒng)臨界雷諾數(shù)。邊界滑移受雙電層和表觀黏性的耦合影響較為復雜。若雙電層效應(yīng)強，則滑移速度指向流動相反方向，”滑移協(xié)同雙電層效應(yīng)使流動穩(wěn)

4、定性減弱。若表觀黏性效應(yīng)強，則邊界滑移的影響被弱化，表觀黏性引起的平均流拐點，也將減小臨界雷諾數(shù)。
　　 (3)在去離子溶液和離子溶液構(gòu)成的分層流系統(tǒng)中，離子溶液的雙電層越強，則對流動的抑制作用越大，離子溶液一側(cè)回流現(xiàn)象越顯著。若兩層液體均為離子溶液，則通道的兩側(cè)都形成雙電層，共同對流動起抑制作用。雙電層效應(yīng)越強，則兩側(cè)回流越強，且黏性較小的一側(cè)流體回流量大。兩層流體的Zeta電勢比值越大，上層流速受抑制的程度越高。