微通道中电渗流滑移现象的数值模拟.pdf

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1、2010年5月润滑与密封Mav2010第35卷第5期LUBRICATIONENGINEERINGVo1．35No．5DOI：l0．3969／j．issn．0254—0150．2010．05．OO4微通道中电渗流滑移现象的数值模拟杨大勇刘莹(1．南昌大学环境与化学工程学院江西南昌330031；2．南昌大学机电工程学院江西南昌330031)摘要：为了研究疏水表面微通道中电渗流(EOF)的输运及滑移特性，针对具有特定滑移长度的疏水表面微通道，建立了微通道EOF的控制方程。基于有限元分析方法对微通道EOF进行了数值模拟，分析了微

2、通道高度、外加电场强度和固液界面边界滑移长度等对EOF的影响。结果表明，疏水表面和亲水表面微通道EOF的瞬态过程相似，稳态时间尺度在毫秒量级，大小与微通道尺度的平方成正比，符合黏性扩散定律；EOF速度大小与电场强度和边界滑移长度成正比，与微通道高度无关。关键词：疏水表面；微通道；电渗流；滑移中图分类号：TB126；TQ028．7文献标识码：A文章编号：0254—0150(2OLO)5—018—4NumericalSimulationofElectroosmoticFlowSlipinMicrochannelsYangDa

3、yong’LiuYing(1．SchoolofEnvironmentalandChemicalEngineering，NanchangUniversity，NanehangJiangxi330031，China；2．SchoolofMechanical&ElectricalEngineering，NanchangUniversity，NanchangJiangxi330031，China)Abstract：Inviewoftheparallel—platemicrochannelwiththehydrophobicsur

4、face，thegoverningequationsweresolvedusingthefiniteelementmethod，andtheeffectsofmicrochannelheight，electrics~engthandsliplengthonelectroosmotieflow(EOF)wereinvestigated，forstudyingthetransportingandslipcharactersticsofEOFinhydrophobicmicrochanne1．Thesimulationindi

5、catesthatthetransientcharacteristicsofEOFaresimilarinhydrophobicandhydrophilicmicrochan—nels，thesteadytimeofEOFisproportionaltothesquareofmicrochannelheight，andthescaleismicrosecond，whichae—cordswiththeclassicalviscoustheory．EOFvelocityisproportionaltotheelectric

6、s~engthandsliplengthandindependentofthechannelheight．Keywords：hydrophobicsurface；microchannel；electroosmoticflow；slip随着微纳米科学与技术的发展，微流体输运与控能具有一定的疏水性能，因而会出现除EOF之外的制、微纳尺度润滑等领域都迫切需要揭示和掌握流体通道表面速度滑移。Navier最早注意到流体在固体在微尺度下的流动特性。电渗流(EOF)是指微观尺边界近壁面处的滑移现象，认为固体近壁面处流体滑度下，在外加垂

7、直电场存在时，固液界面发生相对运移速度与流体剪切速率成正比，并提出了滑移长度的动的现象⋯。由于其具有系统结构、控制及操作方式概念。目前，滑移长度已是评价固-液边界滑移现象简单、流型呈扁平状可降低和消除驱动过程中的分散的重要基本参数，众多学者也通过不同的方法研究了效应等优点，是研究最广的微流体驱动和控制技滑移长度的测算。如Spikes等采用对传统流体力学术J，广泛应用于微尺度系统中流体的传输、分方程的修正，引入了不同的滑移模型；王慧等采用离和混合等。以上研究主要是针对理想的亲水分子动力学(MD)方法研究了边界滑移表面的表面

8、微通道EOF，即假定微通道壁面无滑移现象。EOF；多项实验技术如光脱色荧光恢复技术根据微通道材料及制作工艺的不同，通道表面可(FRAP)[93，粒子图像测速技术(-PIV)，表面力仪(SFA)以及改进的原子力显微镜(AFM)等均从实验方面证明和测定了微尺度下固一液界面处基金项目：国家自然科学基金重点项目(507300