微流道瞬态响应特性的仿真与研究.pdf

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1、2015正仪表技术与传感器2015第11期InstrumentTechniqueandSensorNo．11微流道瞬态响应特性的仿真与研究吴雯婷，梁忠诚，仉乐(南京邮电大学光电工程学院，江苏南京210023)摘要：主要研究在无弹性直流管道中由等效流阻与等效流感所引起的瞬态响应特性，验证电路理论与微流体系统在瞬态条件下的一致性。利用COMSOL仿真软件分别模拟了直流管道与T型管道中流体的运动，得到了液体从启动到达稳态的整个时间响应过程。理论推导了T型管道的阻抗值与时间常量。从仿真结果可以知道，流路的瞬态响应与等效RL电路的零状态响应完全类同，时间常量为系

2、统总流感与总流阻的比值，证实了等效电路理论在微流控系统瞬态响应器件的设计中是准确可行的。对典型的T型流道的分析表明，时间常量与流道的长度参数无关，只与流体属性以及流道的横截面尺寸有关。关键词：微流控系统；等效电路理论；流感；流阻；COMSOL；瞬态响应中图分类号：0357文献标识码：A文章编号：1002-1841(2015)11-0093-04SimulationandResearchofTransientResponseCharacteristicsofMicrofluidicChannelsWUWen—ring．LIANGZhong—cheng．Z

3、HANGLe(CollegeofPhotoelectricEngineering，NanjingUniversityofPostsandTelecommunications，Nanjing210023，China)Abstract：Thetransientresponsecharacteristicsofrigidpipesinmicrofluidicsystemcausedbyfluidicinertiaandresistancewerestudiedinthispaper，verifyingtheconsistencybetweencircuitt

4、heoryandmicrofluidicsystemundertransientconditions．U—singthesimulationsoftwareCOMSOLtoimitatethetransientresponseprocess，thetransientresponseprocessofthefluidissimilartoRLelectricalcircuit．Besides，theresistanceandthetimeconstantofT—shapedpipeweretheoreticallyderived．Thesimulatio

5、nresultsshowthecharacteristicsoftransientresponseandthezerostateresponseoftheequivalentcircuitofRLarecompletelysimi—larandtimeconstantforasystemistheratiooftotalfluandthetotalflowresistance，confirmingthattheequivalentcircuittheoryisfeasibleandaccurateinthetransientdevicedesign．T

6、heanalysisofT-junctionshowthattimeconstanthasnothingtOdowiththelengthofthechannelsandjustrelatestofluidpropertiesandcrosssectionaldimensions．Keywords：microfluidicsystem；electricalcircuitanalogy；fluidicinertia；fluidicresistance；COMSOL；transientresponse0引言优化应用的性能，如流体动态粒子俘获、黏度测量和流量

7、控微流控系统目前已经有很多成熟的应用1-3J，但是往往在制。最近，电路的等效理论已经被进一步用于研究更复杂设计和研究时并不会用流体物理基本方程来直接计算，而是借的功能，如使用脉冲空气流控制流体逻辑门等J。国内对于助于计算流体动力学(CFD)这样的计算机仿真。但是CFD的微流控的研究起步稍晚，目前研究较多的是电润湿效应使用在人力资源以及硬件资源方面要求甚高，对于很多复杂的(EWOD)、液体变焦透镜及阵列¨、光开关及阵列¨以及微流体系统并不实用J。为了降低微流控系统的设计难度，提离子液体等，对于等效电路理论在流体逻辑器件方面的应高设计效率，很多研究者利用流

8、体方程与电路方程类比的方用较少。法，得出了流体属性问的简单关系式。流阻R等于施加压目前对等效电