壁面粗糙度对微平行板间电磁和电渗流动的影响-应用数学专业毕业论文.docx

壁面粗糙度对微平行板间电磁和电渗流动的影响摘要
随着微全分析系统(micro total ananysis system,简称txTAS)幂[I微机电系统(micro electro mechanical system,简称MEMS)的发展,(电解质溶液或液态金属)(ohydrodynamic flow,简称MHD流、),它的
,国
内外众多学者从理论和实验方面对微管道内㈣流进行了研究并取得了很多
重要的成果,并且已在生物、,而设备的制造过程或其他物质(如大分子)在壁面上的沉淀都会引起微管道的壁面粗糙度,在实际问题中,有时为了提高微管道内流体的混合效率,管道壁面上也可能会人为地设计一些粗糙度. 在微管道中,壁面粗糙度和管道半径之比大于常规尺度管道内的比值,因此,,管道内的流体流动时会出现壁面滑移现象,并壁面滑移速度与流体所受的剪切率成正比, 即z/slip=Uslip—Uwail=biau/aylwall,
内的流体研究中,,在微管道内,壁面滑移对流体流动有很大的影响,因此,在微流体研究中,,本文将围绕壁面粗糙度和滑移对MHD流的影响展
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开研究,主要采用摄动展开法研究以下几类问题: (1)纵向正弦形壁面粗糙度对平行板微管道内直流MHD流(简称DC MHD
流、)的影响。
, :粗糙度对DC MHD流的影响随着哈特曼数的增加而减小;当粗糙度波数或哈特曼数充分大时,上下板壁面粗糙度的相位差对流动影响可忽略不计;随粗糙度波数的增加,粗糙度对流动的阻力也会增加;当粗糙度波数小于临界波数并相位差等于71:时,壁面粗糙度能提高DC MHD流的平均速度.
(2)横向正弦形壁面粗糙度对平行板微管道内DC MHD流动的影响.
面粗糙度的微管道内, MHD 流的流函数的近似解析解,:对任意给定的粗糙度相位差,流率因横向粗糙度的出现而减小;粗糙度对流动的阻力随相位差和波数的增加而增加,随哈特曼数的增加而减小;当粗糙度波数充分大时,粗糙度相位差对流动的影响可忽略不计.
(3)壁面滑移和纵向正弦形壁面粗糙度对平行板微管道内交流MHD流的影响.
本文利用摄动展开法求出了具有纵向壁面粗糙度的平行板微管道内时间周
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期MHD滑移流的速度和电势的近似解析解,:速度和电势分布出现了明显的波动现象;速度和电势之间存在相位滞后(phase lag),且相位滞后随频率、滑移长度的增加而增加,随哈特曼数、波数和粗糙度相位差的增加而减小,而对充分小的频率,相位滞后几乎不存在,当波数充分大时,粗糙度相位差对相位滞后的影响可忽略不计;速度振幅随滑移长度的增加而增加,随频率、波数和相位差的增加而减小,但是,当波数充分大时,相位差对速度振幅几乎没有影响,当频率充分大时,速度振幅不受滑移长度的影响.
本文还研究了纵向正弦形粗糙度对平行板微管道内电渗、,分析了粗糙度波数、zeta势、双电层厚度的倒数、哈特曼数等无量纲参数对流动的影响。在本文中得到结果能为微流控设备的设计、优化、发展奠定理论基础.
关键词:磁流体动力学;壁面粗糙度;滑移速度;电渗流;微流控技术
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THE EFFECTS OF WALL RoUGHNES S ON N【OHYDRODYNAMIC AND ELECTROOSMOTIC FLOWS BETWEEN TWO MICRo—PAR AI。LEL PLATES
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