行波交流電滲微流體驅動理論與實驗研究.pdf

1、圖書分類號：O361.4U.D.C.:53工學碩士學位論文行波交流電滲微流體驅動理論與實驗研究碩士研究生：尚棟導師：姜洪源教授申請學位級別：工學碩士學科、專業(yè)：機械設計及理論所在單位：機電工程學院答辯日期：2008年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文摘要摘要微流體控制系統(tǒng)是微機電系統(tǒng)(MicroElectroMechanicalSystemsMEMS)的一個重要分支，微流控系統(tǒng)中微流體的驅動方式直接影響到微流

2、體的驅動效果和精度。與其他驅動方式相比，行波交流電滲微流體驅動具有使用電壓低、不易發(fā)生電解反應、不易產生氣泡、流體的流動穩(wěn)定、流線平直、流體驅動方向可調、可以實現(xiàn)雙向驅動、容易集成到芯片實驗室系統(tǒng)中等多個優(yōu)點，是微流體驅動研究的一個重要方向。本文詳細綜述了微機電系統(tǒng)以及微泵的國內外研究現(xiàn)狀，分析了雙電層和電滲流的產生機理，從而進一步的研究了行波交流電滲的產生機理。根據(jù)線性雙電層理論，通過分析計算，得出了行波交流電滲中電極表面流體的速度公

3、式。建立了行波交流電滲微泵的物理模型和數(shù)學模型，利用Laplace方程和NavierStokes方程描述微通道內的電場和流場的分布，確立相應的邊界條件，通過仿真軟件COMSOLMultiphysics進行仿真計算，得到了微通道內電場和流場的分布情況。分析了微通道內的流場分布情況，從理論上驗證了行波交流電滲的正確性。改變仿真中的參數(shù)，分析了不同參數(shù)對行波交流電滲中流體流速的影響。為了驗證理論研究結果的正確性，設計了行波交流電滲實驗，選擇了

4、合理的實驗條件，改變溶液參數(shù)及調節(jié)輸入信號參數(shù)，進行了大量的實驗研究。觀察到了微通道內流體的流動，驗證了行波交流電滲理論的正確性。通過粒子圖像測速法對不同信號參數(shù)下獲得的視頻文件進行數(shù)據(jù)處理，得到了行波交流電滲中流體的速度數(shù)據(jù)和誤差數(shù)據(jù)。根據(jù)不同參數(shù)下的速度數(shù)據(jù)，對比相同條件下的仿真結果，研究了信號的頻率、幅值以及溶液的電導率等因素對行波交流電滲中流體流速的影響規(guī)律，并從理論上給出了合理的解釋。本課題的研究結果為行波交流電滲中微流體的驅