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活动控制技能是微流控体系原理功效剖析和优化设计的紧张要害题目之一。由于微流控器件尺寸的减少而引发的活动标准效应,液-固界面电场力,流场-电场-温度场-离子活动多物理场耦合等效应,使得微流控体系活动征象与微观体系有很大差别,双电层和电渗流是此中与流膂力学相干的较 紧张底子题目之一。本文旨在对微流控体系电渗流控制和焦耳热效应举行开端的剖析与数值研讨,探究微纳标准液体活动的根本纪律,为微流控芯片的研发提供实际根据和优化设计手腕。 论文接纳数值办法剖析有限长异质质料PDMS/玻璃微通道电渗流焦耳热效应。数值求解双电层的Poisson-Boltzmann方程,液体活动的Navier-Stokes方程和流-固耦合的热输运方程,剖析二维微通道电渗流的焦耳热效应和温度场特征。思索温度变革对流体性子特征(介电系数、粘度、热和电传导率等)的反应作用。数值后果标明,在微通道入口左近有一段热开展长度,这里的活动速率、温度、压强和电场疾速变革,然后在微通道内趋势到一个波动形态。在高电场和厚芯片的状况下,热开展长度可以占有电渗流微通道相称一局部长度。电渗流波动态温度随外加电场和芯片厚度的增长而降低。由于壁面异质质料的传热特征差别,在波动态时的PDMS壁面温度比玻璃壁面温度高。研讨还发明在微通道的纵向和横向截面有温度梯度。壁面温降低低落双电层电荷密度。微通道纵向温度梯度诱发流体压强梯度和改动微通道电场变革特征。微通道进流温度不改动热波动态的温度散布特性和热开展长度。 在微通道壁面垂直施加一个调控电场可以改动双电层电荷密度和固壁面zeta电位,完成对电渗流的调控。接纳流-固耦合双电层Poisson方程,离子输运Nernst-Planck方程、液体活动Navier-Stokes方程,数值求解一连电极与分离电极微通道的调控电渗活动。失掉感到Zeta电位、电渗流速率与外加调控电压的干系特征。分离电极-电场调控电渗流数值剖析给出对称和支持称的单电极,双电极和三电极的数值后果。研讨后果标明,得当设置分离电极对电渗流举行调控,可以在流场中发生微型涡旋活动,完成液体的高服从混淆。同时,对横向调控电场与纵向驱动电场的互相作用也举行讨论。 论文研讨了一种对称电极组交变电渗流微泵布局,经过改动相邻电极间的交变(AC)信号相位,可以利便完成对微通道电渗流向的控制。依据双电层离子数的空间位阻效应修正,数值求解了双电层Poisson-Boltzmann方程、液体活动Navier-Stokes方程,失掉了对称电极组交换电渗微泵的活动特征。剖析了微泵流速与交换电压幅值、频率等参数的干系特征,而且与双电层Debye-Huckel线性解举行比力。后果标明,空间位阻效应修正在低电压时与Debye-Huckel线性解分歧,但在高电压时会发生高频反向活动。 为了满意微电子封装历程对器件温度变革的准确控制,本文研讨一种疾速起落温度的微流体温度控制器,数值模仿了控制器的液体—固体—氛围一体化的活动—热传导历程。在给定入口液体温度变革特性的状况下,经过数值剖析观察温度控制器外表温度对入口液体温度变革的呼应特征,包罗工夫追随性(传热敏捷度)和温度变革振幅的衰减率(传热服从)。论文还观察控制器布局标准,入口液体速率,温度变革波形,周期等参数对温度控制器的特征影响。数值后果标明:控制器厚度增长,控制器外表温度变革幅值衰减增大;控制器入口流速大,控制器外表温度变革幅值衰减率小;入口液体温度变革周期短,传感器外表温度变革幅值衰减增大;入口温度变革方形波的传热服从大于三角波形;传感器外表温度变革周期与入口温度周期相反,但存在相位差。