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，混沌微混合技術在很多科領域的微小尺度研究中成為熱點。例如在生命科學，生物醫(yī)藥和分析化學等研究領域的微流控芯片分析系統(tǒng)，它通過對微通道內(nèi)流體的操作，在芯片系統(tǒng)中完成包括采樣、稀釋、進樣、反應、分離、分析檢測等功能。 在這些過程中往往需要對流體樣品或試劑進行混合，充分的混合對下一步其它操作效果會產(chǎn)生積極的影響，然而微流體的驅動與控制和宏觀流體的驅動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)，微混合主要依賴于流體界面分子擴散，致使混合速度非常慢，耗時長。 所以研究人員提出了多種微混合器驅動機理，其中利用電滲流驅動微混合的原理由于優(yōu)點多，容易控制，比較受歡迎。本課題提出了兩種新型的電滲流驅動的非均勻電極陣列分布的微混合器模型A和B。在這兩個模型中，將zeta-電勢分布和強度作為影響電滲流特性的主要因素。其中模型A的前后側壁按規(guī)律分布了矩形電極，同時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-電勢分布呈非均勻狀態(tài)，在外電場的作用下，微通道內(nèi)引發(fā)非同向的電滲流，產(chǎn)生了混沌流。 在微混合器的設計過程中，通常采用實驗或數(shù)值模擬的方法進行檢驗或優(yōu)化設計。但是實驗往往成本高，周期長，而傳統(tǒng)的數(shù)值模擬方法又常常比較費力。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)，對設計的兩