基于格子波爾茲曼模型微流混合的數(shù)值模擬.pdf

1、近些年，混沌微混合技術(shù)在很多科領(lǐng)域的微小尺度研究中成為熱點(diǎn)。例如在生命科學(xué)，生物醫(yī)藥和分析化學(xué)等研究領(lǐng)域的微流控芯片分析系統(tǒng)，它通過(guò)對(duì)微通道內(nèi)流體的操作，在芯片系統(tǒng)中完成包括采樣、稀釋、進(jìn)樣、反應(yīng)、分離、分析檢測(cè)等功能。 在這些過(guò)程中往往需要對(duì)流體樣品或試劑進(jìn)行混合，充分的混合對(duì)下一步其它操作效果會(huì)產(chǎn)生積極的影響，然而微流體的驅(qū)動(dòng)與控制和宏觀流體的驅(qū)動(dòng)與控制有很大的不同，這主要是由于微流控系統(tǒng)中通道的特征尺寸一般在幾十到幾百微米

2、，流體的雷諾數(shù)Re較低，一般為層流狀態(tài)，微混合主要依賴(lài)于流體界面分子擴(kuò)散，致使混合速度非常慢，耗時(shí)長(zhǎng)。 所以研究人員提出了多種微混合器驅(qū)動(dòng)機(jī)理，其中利用電滲流驅(qū)動(dòng)微混合的原理由于優(yōu)點(diǎn)多，容易控制，比較受歡迎。本課題提出了兩種新型的電滲流驅(qū)動(dòng)的非均勻電極陣列分布的微混合器模型A和B。在這兩個(gè)模型中，將zeta-電勢(shì)分布和強(qiáng)度作為影響電滲流特性的主要因素。其中模型A的前后側(cè)壁按規(guī)律分布了矩形電極，同時(shí)在電極上施加周期性變化的電壓；模

3、型B的底面按規(guī)律分布了梯形電極，并施加恒定電壓。這樣壁面和電極上的zeta-電勢(shì)分布呈非均勻狀態(tài)，在外電場(chǎng)的作用下，微通道內(nèi)引發(fā)非同向的電滲流，產(chǎn)生了混沌流。 在微混合器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常采用實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬的方法進(jìn)行檢驗(yàn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是實(shí)驗(yàn)往往成本高，周期長(zhǎng)，而傳統(tǒng)的數(shù)值模擬方法又常常比較費(fèi)力。在這種情況下，本論文采用近幾年流行的數(shù)值新方法.格子波爾茲曼模型(Lattice-Boltzmann Method，LBM)，對(duì)設(shè)計(jì)的兩