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《天津大学》 2010年
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双电层影响下的微通道分层流动及其稳定性研究

郭丽祥  
【摘要】:微机电系统MEMS中的微流体系统在环境监测、化学分析、临床检测及微电子等领域有广泛应用。微流体力学研究特征尺度为微米的流体运动。与宏观系统不同,表面效应如双电层(Electrical Double Layer)成为微流动主要控制因素。本文以双电层效应为核心,首次建立了考虑双电层和壁面滑移联合影响下的单相流平均流场解析解和考虑双电层影响下的分层流平均流场解析解,重点研究了双电层影响下的单相流和分层微流动平均流与其稳定性,主要得到了以下结论: (1)双电层使速度在壁面附近产生回流,通道越窄,则双电层效应越强,对流动的抑制作用也越强,回流越显著。将双电层与边界滑移的效应叠加,回流促使边界滑移速度指向流动相反方向,滑移加强了双电层对流动的抑制作用。将双电层、边界滑移和表观黏性修正三者叠加,滑移现象受双电层和表观黏性的耦合效应影响。若双电层效应强,滑移速度指向流动相反方向。若表观黏性效应强,则边界滑移被弱化,平均流有拐点出现。 (2)双电层的效应越强,则系统的临界雷诺数越小,临界波数越大,流动越易失稳。将双电层与边界滑移叠加,临界雷诺数比单独考虑双电层时小,边界滑移强化了双电层的作用。将表观黏性与边界滑移效应叠加,当表观黏性效应较强时,滑移对临界雷诺数的影响很小,不能增强系统的稳定性。将双电层、边界滑移和表观黏性修正三者叠加,双电层和表观黏性均能减小系统临界雷诺数。边界滑移受双电层和表观黏性的耦合影响较为复杂。若双电层效应强,则滑移速度指向流动相反方向,滑移协同双电层效应使流动稳定性减弱。若表观黏性效应强,则边界滑移的影响被弱化,表观黏性引起的平均流拐点,也将减小临界雷诺数。 (3)在去离子溶液和离子溶液构成的分层流系统中,离子溶液的双电层越强,则对流动的抑制作用越大,离子溶液一侧回流现象越显著。若两层液体均为离子溶液,则通道的两侧都形成双电层,共同对流动起抑制作用。双电层效应越强,则两侧回流越强,且黏性较小的一侧流体回流量大。两层流体的Zeta电势比值越大,上层流速受抑制的程度越高。 (4)对于去离子溶液和离子溶液构成的分层流系统,离子溶液的Zeta电势越大,流动越容易失稳。对于两层液体均为离子溶液的分层流,Zeta电势增大也使流动更易失稳。两者相比,均为离子溶液的分层流的稳定性差。通道越窄,则双电层效应强,分层流越易失稳。若黏性比大于1,相界面的位置越靠近上壁面,则系统越稳定,且黏性比越大,系统越不稳定。电导率对流动有稳定作用。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP211.4

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 方群,陈宏,蔡增轩;微流控芯片停流液-液萃取技术的研究[J];高等学校化学学报;2004年02期
2 尤学一;李胜华;肖厚蓬;;微流道粗糙壁面对流动阻力和控制的影响[J];化学工程;2008年08期
3 周恒,尤学一;WEAKLY NONLINEAR THEORY OF HYDRODYNAMIC STABILITY[J];Science in China,Ser.A;1992年12期
4 尤学一;郑敬茹;;微间距平板Poiseuille流动的稳定性[J];纳米技术与精密工程;2007年04期
5 尤学一;郑湘君;郑敬茹;;微尺度流道内液体表观黏性系数的分子理论[J];物理学报;2007年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 罗纪生;周恒;;A THEORETICAL INVESTIGATION OF THE DEVELOPMENT OF STATIONARY CROSSFLOW VORTICES IN THE BOUNDARY LAYER ON A SWEPT WING[J];Acta Mechanica Sinica;1998年02期
2 罗纪生;;ON THE EVOLUTION OF LARGE SCALE STRUCTURES IN THREE-DIMENSIONAL MIXING LAYERS[J];Acta Mechanica Sinica;2001年01期
3 ;Flow characteristics of liquid with pressure-dependent viscosities in microtubes[J];Acta Mechanica Sinica;2006年01期
4 曲小鹏;刘静;;电阻抗刻画微/纳米流体通道中溶液的流动参数(英文)[J];微纳电子技术;2006年01期
5 张颖;王蔚;田丽;刘晓为;李玲;;微流动的尺寸效应[J];微纳电子技术;2008年01期
6 刘冲;彭佳;李经民;刘军山;;聚合物微纳结构热压机的温度控制策略研究[J];微纳电子技术;2008年01期
7 曹军;洪芳军;陈翔;郑平;;芯片上叉指电极介电电泳的模拟与实验研究[J];微纳电子技术;2008年07期
8 曹军;洪芳军;郑平;;叉指型微电极交流电渗泵的阻抗谱分析[J];微纳电子技术;2008年09期
9 曾雪;徐溢;曹强;郝敦玲;吴永杰;;介电电泳芯片的结构设计与模拟分析进展[J];微纳电子技术;2009年01期
10 肖丽君;芦琦;陈翔;李以贵;陈迪;;基于狄恩流的微混合器的研究[J];微纳电子技术;2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘丽昆;岳广杰;刘赵淼;;微通道内表面性质和雷诺数对流体流动性能影响[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
2 崔海航;刘顺东;沈萍;张鸿雁;常志英;;基于介电电泳微流控芯片的微细颗粒物分离研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
3 余群;李战华;;不同壁面材料微管道中的电渗速度测量[A];第七届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2007年
4 李暾;陈政清;李寿英;;拉索表面材料对风雨激振的影响研究[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(中册)[C];2007年
5 黄祖虹;沈志忠;赵胜裕;;具环型聚光镜之高解析度微质点影像测速仪[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
6 林炳承;秦建华;;微流控芯片与药物筛选[A];2006年全国生化与生物技术药物学术年会论文集[C];2006年
7 傅新;谢海波;杨华勇;;Micro-DPIV技术在微型无阀泵瞬变流场检测中的应用[A];第二届全国微全分析系统学术会议论文摘要集[C];2004年
8 陈宏;方群;蔡增轩;;微流控芯片停流液-液萃取系统的研究[A];第二届全国微全分析系统学术会议论文摘要集[C];2004年
9 傅新;谢海波;杨华勇;;集成微泵式微流控芯片的设计与测试[A];全球化、信息化、绿色化提升中国制造业——2003年中国机械工程学会年会论文集(微纳制造技术应用专题)[C];2003年
10 黎永前;徐征;刘冲;王立鼎;段仁庆;;电驱动微流体粒子图像测试系统[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集(一)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡天喜;立式同轴离心磨机磨矿理论与试验研究[D];昆明理工大学;2008年
2 程永强;基于微流控芯片和短毛细管的DNA片段快速电泳分离系统的研究[D];浙江大学;2010年
3 李志明;温敏聚N-异丙基丙烯酰胺整体柱操控微流体的研究[D];浙江大学;2010年
4 王修中;化学发光在微流控芯片分析中的应用研究[D];浙江大学;2011年
5 李心;纳米金颗粒在生物光学传感及成像中的一些应用研究[D];浙江大学;2010年
6 席永清;离心式微流控法快速分析环境污染物的研究[D];东华大学;2011年
7 晁侃;微流控系统调控电渗流和热效应数值研究[D];华中科技大学;2011年
8 连文磊;磁性液体热磁对流与传热机理[D];南京理工大学;2010年
9 陈伟;基于荧光量子点的食品中痕量危害残留物检测新方法建立及应用研究[D];江南大学;2011年
10 李绍成;基于静电感应和显微图像的油液磨粒监测技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
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1 陈攀;水分对构造煤瓦斯解吸规律影响的实验研究[D];河南理工大学;2010年
2 张颖;仿生皮纳升高通量进样系统设计及制作[D];大连理工大学;2010年
3 王德佳;面向微纳流控芯片的装配方法及装置[D];大连理工大学;2010年
4 庞中华;微流控芯片注塑成型工艺规范的试验研究与质量预测[D];大连理工大学;2010年
5 丁喜平;用于药物筛选的垂直灌流式多层细胞培养器件[D];大连理工大学;2010年
6 罗婷婷;基于微流控技术制备单分散性载药微球及体外释放研究[D];华东理工大学;2011年
7 徐振华;微尺度下水的温度场测量实验研究[D];华东理工大学;2011年
8 王国文;基于分形理论的钛铁尾矿絮凝沉降试验研究[D];昆明理工大学;2009年
9 张立伟;基于热学原理的小通道气液两相段塞流参数检测方法研究[D];浙江大学;2011年
10 徐颖颖;非绝热锥形微纳光纤的多模效应及其在微混合器中的应用[D];浙江大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 殷学锋,沈宏,方肇伦;制造玻璃微流控芯片的简易加工技术[J];分析化学;2003年01期
2 陈光文,袁权;微化工技术[J];化工学报;2003年04期
3 丁英涛,何枫,姚朝晖,沈孟育,王学芳;长微直管内气体低速流动的亚堵塞现象[J];物理学报;2004年08期
4 尤学一;郑湘君;郑敬茹;;微尺度流道内液体表观黏性系数的分子理论[J];物理学报;2007年04期
5 尤学一,郑湘君,李丹;微尺度流道内液体摩擦系数的理论计算[J];中国机械工程;2005年14期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘仲娥,陈晓静,宋金荣;中压低ESR液体钽电容器电解质的研究[J];压电与声光;2003年05期
2 王家峻;林晓辉;杨决宽;陈云飞;;双电层对纳米流体润滑与摩擦影响的MD模拟[J];传感技术学报;2006年05期
3 张立诚;;电动声波振幅法——一种表征浓缩胶体系双电层特性的新方法[J];国外金属矿选矿;1987年03期
4 龚磊;吴健康;;微扩散通道中的流动电位势和电黏性效应分析[J];微纳电子技术;2007年06期
5 杨大勇;刘莹;;电渗驱动微流道内流场的数值模拟[J];系统仿真学报;2009年11期
6 李标荣,丁爱军,鲁圣国;一种超大容量液体双电层电容器[J];电子元件与材料;1994年03期
7 姜洪源;杨胡坤;王扬;;直流电渗流在微通道内的控制与仿真研究[J];微纳电子技术;2008年03期
8 陈艾,王有钧,陶凤波;离子注入型超大容量固体离子电容器[J];电子学报;1992年11期
9 刘婷婷;高杨;李磊民;杨涛;;电渗驱动微泵设计初探[J];传感技术学报;2008年02期
10 程广禄;;玻璃电极响应机理的研究——双电层双电容理论[J];化学传感器;1990年02期
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1 刘仲娥;白亮;李栋;贾延庆;孙石光;罗天柱;桂娟;;阴极界面的双电层对液体钽电容器电性能影响的研究[A];中国电子学会第七届学术年会论文集[C];2001年
2 徐祖民;王正武;张革新;周明;;泛电位下两等同胶体粒子双电层间的相互作用[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
3 陈波;晁侃;吴健康;;调控双电层和电渗流数值研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
4 郭怀忠;王琳玲;肖珊珊;陈蓉;毕开顺;孙毓庆;;毛细管内径对电渗流速度影响的再探讨[A];第十五次全国色谱学术报告会文集(下册)[C];2005年
5 王正武;李干佐;;泛函数法研究球状胶束的双电层厚度[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
6 彭波;李文瑛;戴经梁;;液体固化剂加固土的研究[A];中国公路学会’2000学术交流论文集[C];2000年
7 王帅帅;陈瀚;李文明;吴健康;;诱导电荷电渗流动的数值研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 王正武;;泛函数法解无限长柱状胶束的双电层方程[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
9 周明;王正武;徐祖民;;泛函数法研究食品乳状液的稳定性[A];中国食品科学技术学会第五届年会暨第四届东西方食品业高层论坛论文摘要集[C];2007年
10 唐敏康;钟凡;;电除尘器中沉降粉体的接触粘结力[A];第十二届中国电除尘学术会议论文集[C];2007年
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1 冯玉萍 于凌宇;电化学电容器应用逐渐步入成熟期[N];中国电子报;2002年
2 本报记者 孙悦群;基石奠定 再向山巅论英雄[N];黑龙江经济报;2008年
3 记者 罗阿华;“皓尔宝”涂料打开台湾市场[N];中国化工报;2010年
4 通讯员 赵凤莉;大庆石化炼油厂新品用于重油催化效果好[N];中国石油报;2006年
5 文渊;韩国扩展电子元件产业[N];中国电子报;2001年
6 薛松 陈景军 田养林;飞雁滩油田注聚区采出液处理技术国内领先[N];中国石化报;2005年
7 邹海魁;二十一世纪功能材料——超细粉体[N];中国化工报;2000年
8 周琼英;中性乳补钙的机遇[N];中国食品质量报;2003年
9 倪健;中药药剂学:表面活性剂与液体药剂(2)[N];中国中医药报;2003年
10 何永晋;我国有了“超级电容器”[N];科技日报;2000年
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1 郭丽祥;双电层影响下的微通道分层流动及其稳定性研究[D];天津大学;2010年
2 顾志明;超细重质碳酸钙的分散性研究与粒子双电层相互作用的探讨[D];南京理工大学;2002年
3 赵亮;电动效应作用下微通道内液体流动特性[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 陆爱霞;低压双电层氧化物薄膜晶体管的研究[D];湖南大学;2011年
5 蔡强;纳米生物介电特性和免疫电检测的研究[D];浙江大学;2002年
6 龚磊;微流控系统流动—电场—离子运动多物理场耦合现象研究[D];华中科技大学;2008年
7 周际东;物理干扰助磨技术及其电磁脉冲装置的研究[D];南京工业大学;2003年
8 孙佳;无机双电层栅介质及其低电压氧化物微纳晶体管应用[D];湖南大学;2012年
9 孟英峰;泥页岩水化反应的系统仿真技术及其在油气田开发领域中的应用[D];西南石油学院;2002年
10 朱华玲;土壤有机\无机胶体颗粒凝聚的激光散射研究[D];西南大学;2009年
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1 王立芳;梯形微流道中电渗流的数值模拟研究[D];吉林大学;2006年
2 陈兆林;操作参数对电吸附设备除盐的影响[D];江苏工业学院;2006年
3 温月丽;电极过程双电层及扩散特性的计算机模拟[D];太原理工大学;2005年
4 杨慧云;电容去离子技术中活性炭纤维电极体系的研究[D];北京工商大学;2006年
5 王贤明;生物芯片微通道周期性电渗流特性研究[D];华中科技大学;2006年
6 李付绍;水溶液中电沉积Zn-Ni-RE合金的工艺研究及机理分析[D];昆明理工大学;2004年
7 冀封;基于线性变化边界条件的电渗流仿真分析[D];吉林大学;2005年
8 江涛;基于MEMS技术的直流电渗流微泵的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
9 陈阵;电沉积Zn-Fe-RE三元合金工艺的研究[D];昆明理工大学;2004年
10 温金开;微纳流控芯片制作方法及其富集应用[D];大连理工大学;2009年
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