電滲流泵的流體動力學分析.pdf

1、微機電系統(tǒng)(MEMS:microelctromechanical systems)的研究始于上個世紀的八、九十年代,目前已經(jīng)成為一股潮流.與此同時,液體在微系統(tǒng)中的流動問題也就成了工程界所面臨的一個難題.早期的微泵研究始于上世紀七十年代,當時的微泵都是機械式的--都有一個往復運動的機械部件.這種微泵所能承受的背壓不超過一個大氣壓,且液體的流動方式是脈動的,流量也不大,每次脈動大約122nl,構造相對復雜.隨著研究的深入,出現(xiàn)了沒有機械運

2、動部件的微泵,以這類微泵為動力源的流動方式是連續(xù)的.按原理它們可以分為電流體驅動(electrohydrodynamics)微泵,超聲波(ultrasonic)微泵,磁流體驅動(magnetohydrodynamics)微泵等.但是這些微泵要么對液體的傳導率要求過嚴,要么耐背壓能力有限,且流量都很小,這使得它們的應用受到很大限制.電滲流(EOF:electroosmotic flow)微泵是基于界面化學、靜電場、流體力學等理論開發(fā)出的微

3、泵.它有效地克服了流量小、承載(背壓)低等難題,且它結構簡單,流動方式是連續(xù)的.正因為這些優(yōu)點我們有理由相信基于電滲流機理的微泵必將成為微機電系統(tǒng)中主導型的微泵.而且它的應用不局限于微機電系統(tǒng),它在醫(yī)療中的藥物輸送,工、民用的兩相流制冷,甚至宇航科技中都有著廣闊的應用前景.該文中詳細敘述了關于外加垂直電場的Laplace方程、關于zeta電勢的Poisson-Boltzmann方程和關于整個液體的Navier-Stokes方程的建立過程

4、.對于這些方程用數(shù)值方法求解.其中離散的方法是無網(wǎng)格法(meshless/meshfree),而對Poisson-Boltzmann方程用殘值最小法構造非線性算法,對Navier-Stokes方程用二步法——用時間離散把非線性方程轉化成各步線性的,然后各步再作空間離散.在數(shù)值實現(xiàn)時,用C++和Matlab C++數(shù)學庫去編程,從而使兩者優(yōu)勢互補.最后討論了EOF的流型、驅動過程、zeta電勢對流速的影響、外加垂直電勢對流速的影響、管徑對