力学

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翻译样例: 粗糙表面微通道电渗流的数值模拟
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电渗流(EOF) 是指带电表面在外加垂直电场作用下,液相相对于静止不动的带电表面运动的现象[1]。采用EOF 作为驱动力的微流体驱动方式称为电渗驱动。由于电渗驱动是一种致动力直接作用于流体的驱动方式,具有系统结构、控制及操作方式简单、流型呈扁平状、可降低和消除驱动过程中的分散效应等优点,是微流控芯片分析系统中研究和使用最广的驱动和控制技术[23]。

根据微流控芯片制作材料的不同,微通道一般采用光刻、热压、湿法腐蚀、注塑等方法制作而成,涉及工艺流程复杂繁多[4],微通道表面难免会出现一定的粗糙度,并影响通道表面的电荷密度,即影响微通道表面的双电层(EDL) 分布[56],对EOF产生一定的影响。

Taylor等[7]介绍了表面粗糙度和结构对流体流动影响的特性,指出随着通道尺度的减小,粗糙度对液体流动的影响将显得更加重要;Rawool等[8]研究了带有粗糙表面的弯曲通道内的微流动发现摩擦因数随着粗糙度高度的增加而增大;Hu等[911]利用有限控制体积法(FVM),通过在微通道表面构造不同结构的矩形棱柱单元,研究了带有粗糙表面的3D 各向异性微通道内的电渗传输,但是仅考虑了薄双电层作用下的EOF;Qiao[12]采用分子动力学(MD)方法,模拟了分子层表面粗糙度对EOF的影响,但是仅研究了双电层厚度和表面粗糙度大小相当时粗糙度对EOF 的影响;徐征等[13]针对制造过程引起的微通道壁面突起,采用FVM 对微流控芯片电泳分离的影响进行了数值模拟和理论分析,研究了壁面突起产生机制及其对电泳分离效果的影响, 但也没有考虑EDL 厚度对EOF的影响。由于EDL 厚度受到微通道表面粗糙度和溶液浓度、温度等的影响,因此需要综合考虑粗糙度和EDL 对微通道内EOF的影响。本文基于有限元分析方法(FEM),对微通道内的EOF 进行数值模拟和分析。

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