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1.
The microfluidic system is a multi-physics interaction field that has attracted great attention. The electric double layers and electroosmosis are important flow-electricity interaction phenomena. This paper presents a thickness-averaged model to solve three-dimensional complex electroosmotic flows in a wide-shallow microchannel/chamber combined (MCC) chip based on the Navier-Stokes equations for the flow field and the Poisson equation to the electric field. Behaviors of the electroosmotic flow, the electric field, and the pressure are analyzed. The quantitative effects of the wall charge density (or the zeta potential) and the applied electric field on the electroosmotic flow rate are investigated. The two-dimensional thickness-averaged flow model greatly simplifies the three-dimensional computation of the complex electroosmotic flows, and correctly reflects the electrookinetic effects of the wall charge on the flow. The numerical results indicate that the electroosmotic flow rate of the thickness-averaged model agrees well with that of the three-dimensional slip-boundary flow model. The flow streamlines and pressure distribution of these two models are in qualitative agreement.  相似文献   
2.
采用数值方法,分析有限长PDMS/玻璃微通道电渗流热效应.数值求解双电层的Poisson-Boltzm ann方程,液体流动的Navier-Stokes方程和流-固耦合的热输运方程,分析二维微通道电渗流的温度特性.考虑温度变化对流体特性(介电系数、粘度、热和电传导率)的反馈效应.数值结果表明,在通道进口附近有一段热发展长度,这里的流动速度、温度、压强和电场快速变化,然后趋向到一个稳定状态.在高电场和厚芯片的情况下,热发展长度可以占据相当一部分的微通道.电渗流稳定态温度随外加电场和芯片厚度的增加而升高.由于壁面材料的热特性差异,在稳定态时的PDMS壁面温度比玻璃壁面温度高.研究还发现在微通道的纵向和横向截面有温度变化.壁面温升降低双电层电荷密度.微通道纵向温度变化诱发流体压强梯度和改变微通道电场特性.微通道进流温度不改变热稳定态的温度和热发展长度.  相似文献   
3.
微通道周期流动电位势及电粘性效应   总被引:1,自引:0,他引:1  
求解了双电层的Poisson-Boltzmann方程和流体运动的Navier-Stokes方程,得到在周期压差作用下,二维微通道的周期流动电位势,流动诱导电场和液体流动速度的解析解.量纲分析表明,流体电粘性力与以下3个参数有关:1) 电粘性数,它表示定常流动时,通道最大电粘性力与压力梯度的比;2) 形状函数,它表示电粘性力在通道横截面的分布形态;3) 耦合系数,它表示电粘性力的振幅衰减特征和相位差.分析结果表明,微通道周期流动诱导电场、流动速度与频率Reynolds数有关.在频率Reynolds数小于1时,流动诱导电场随频率Reynolds数变化很慢.在频率Reynolds数大于1时,流动诱导电场随频率Reynolds数的增加快速衰减.在通道宽度与双电层厚度比值较小情况下,电粘性效应对周期流动速度和流动诱导电场有重要影响.  相似文献   
4.
微通道液体流动双电层阻力效应   总被引:3,自引:0,他引:3  
龚磊  吴健康 《应用数学和力学》2006,27(10):1219-1225
采用数值方法求解双电层的Poisson-Boltzmann方程和液体运动的Navier-Stokes方程,研究微通道双电层对压强梯度液体流动的阻力效应。量纲分析表明,双电层阻力大小可以用一个无量纲的电阻力数表示,它与液体的介电系数、固体表面的zeta电位平方成正比,与液体的动力粘性系数、电导率以及微通道的宽度平方成反比,在计算流动诱导的流动电位势和电阻力时,提出电流密度平衡条件,可以消除传统电流平衡条件导致的固壁附近产生局部回流的不合理物理现象,还给出不同电阻力数的微通道流量、流量损失率、速度剖面的数值结果,合理解释了双电层对微通道液体流动的阻力效应。  相似文献   
5.
RESISTANCE EFFECT OF ELECTRIC DOUBLE LAYER ON LIQUID FLOW IN MICROCHANNEL   总被引:1,自引:0,他引:1  
Poisson-Boltzrnann equation for EDL (electric double layer) and Navier-Stokes equation for liquid flows were numerically solved to investigate resistance effect of electric double layer on liquid flow in microchannel. The dimension analysis indicates that the resistance effect of electric double layer can be estimated by an electric resistance number, which is proportional to the square of the liquid dielectric constant and the solid surface zeta potential, and inverse-proportional to the liquid dynamic viscosity, electric conductivity and the square of the channel width. An "electric current density balancing" (ECDB) condition was proposed to evaluate the flow-induced streaming potential, instead of conventional "electric current balancing" (ECB) condition which may induce spurious local backflow in neighborhood of the solid wall of the microchannel. The numerical results of the flow rate loss ratio and velocity profile are also given to demonstrate the resistance effect of electric double layer in microchannel.  相似文献   
6.
吴健康  龚磊  陈波  曹侃 《力学进展》2009,39(5):555-565
简要介绍了微/纳流控系统中双电层和电渗流的基本原理、当前研究热点以及最新进展. 从胶体界面理论出发, 基于流体连续性模型和微纳米尺度流动的多物理场数值分析法, 介绍了电渗流特性, 如焦耳热效应、 反离子效应、 表面电场调控双电层、 双流体输运和周期电渗输运等电渗流控制方法. 最后对电渗流测量作简要介绍.  相似文献   
7.
本文对玻璃和聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制作的微流控芯片电渗流焦耳热效应进行数值研究.采用双电层的Poisson-Boltzmann方程,液体运动的Navier-Stokes方程和液-固耦合系统的热传导方程研究二维微通道电渗流的温度特性.研究发现:由于材料属性的差别,温度场和速度场在微通道断面存在不均匀性.微通道表面的温升会降低双电层的电荷密度.热效应会对电渗流速度场产生影响,并诱导压强梯度和改变外电场在微通道的变化特征.  相似文献   
8.
吴健康  陈涛  杨立 《中国科学A辑》1990,33(2):198-203
本文叙述我们实验室研制的智能图象数据库系统ISDBS,其中提出并实现了系统的智能设计、知识化横式、新型物理数据库结构、用于规划决策专家系统设计的知识表示语言IDL等一系列新型的关键理论和技术。该系统已成功地应用于黄土高原安塞地区的土地规划和东北松江河林场的森林资源管理。  相似文献   
9.
IntroductionMicro-pump is one of the most important fluid-driving elements in biochips. Workingprinciple of micropumps is quite different from traditional macro-scale pumps. Currently,valveless piezoelectric micropump is one of the most popular micropumps…  相似文献   
10.
在通道壁面垂直施加一个调控电场可以改变双电层电荷密度和Zeta电位势,实现对电渗流的调控.采用电场Poisson方程、动量守恒的Navier-Stokes方程、电解质离子输运的Nernst-Planck方程和液体混合反应的组分浓度输运方程,本文对微通道壁面离散布置调控电极的情况进行了数值分析.数值算例包括单电极、双电极...  相似文献   
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