基于MHD微流控驅(qū)動(dòng)技術(shù)的理論研究.pdf

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3、大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研巧工作及取得的研巧成果。盡我所知，除了文中特別加標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果Ｉ也不包當(dāng)為獲得南京郵電大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。一工作的同志對(duì)本研巧所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。與我同一本人學(xué)位論文及涉及巧關(guān)資料若有不實(shí)，愿意承嫂擔(dān)切相關(guān)的法律責(zé)任。研充生簽名：王忠＾日期：ｙ〇ｉｓ．化１７南京郵電大學(xué)學(xué)位論文使巧授權(quán)聲明本人授權(quán)南京郵電大學(xué)可ｔｉｌ保留并向國(guó)家

4、有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子文檔；允許論文被查閱和借閱；可從將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)巧檢索；可ｔＪｉ采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編本學(xué)位論文。本文電子文擋的內(nèi)容和紙質(zhì)一論文的內(nèi)容相致。論文的公布（包括刊登）授權(quán)南京郵電大學(xué)研究生院辦理。涉密學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書。研巧生簽名；至怎瓜導(dǎo)師簽名：日期：山化令．ＰTheTheoryResearchBasedontheMHDMicrofluidicDriveTechnologyThesisSubmittedtoNanjingUni

5、versityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByWangZhiBoSupervisor:Prof.WanJingApril2015摘要微流控技術(shù)研究是當(dāng)今世界的前沿科技領(lǐng)域之一，如何高效的驅(qū)動(dòng)微流道中的流體是其發(fā)展的關(guān)鍵，現(xiàn)階段常用的驅(qū)動(dòng)力有壓力、電場(chǎng)力、表面張力等。其中，磁流體動(dòng)力學(xué)（magnetohydrodynamics，MHD）驅(qū)動(dòng)是基于導(dǎo)電液體在電磁場(chǎng)中受到洛倫茲力而發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的一種技術(shù)，因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可雙向泵浦以及操作電壓低等獨(dú)特

6、優(yōu)點(diǎn)而得到關(guān)注。現(xiàn)階段對(duì)于MHD驅(qū)動(dòng)的研究方式主要是科學(xué)實(shí)驗(yàn)，因其涉及電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及流場(chǎng)的多物理場(chǎng)耦合，數(shù)值仿真分析難度較大，相關(guān)研究也較少。為了進(jìn)一步研究和應(yīng)用MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對(duì)其的數(shù)值仿真分析成為現(xiàn)階段迫切需要解決的問題。本課題以微流控驅(qū)動(dòng)技術(shù)中MHD驅(qū)動(dòng)作為研究對(duì)象，完成了基本理論分析，通過數(shù)值仿真軟件建立了不同尺度、不同流道構(gòu)型的物理模型，經(jīng)過求解計(jì)算得出流道內(nèi)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng)等相關(guān)物理參量的分布，解決了其內(nèi)部電磁場(chǎng)分布抽象、不易理解的難點(diǎn)，同時(shí)對(duì)仿真結(jié)果的合理、正確性給予驗(yàn)證，為MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)在微流控中的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用提供了有力的輔

7、助和驗(yàn)證手段。本文首先分析了MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)的基本理論，以經(jīng)典流體力學(xué)理論和經(jīng)典電磁學(xué)理論推導(dǎo)了在理想條件下的數(shù)學(xué)模型，得到在直流和交流MHD驅(qū)動(dòng)下流體的受力方程以及電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng)三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式。其次利用ComsolMultiphysics軟件對(duì)直流MHD驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值仿真，通過建立物理模型、設(shè)置參數(shù)及求值運(yùn)算得出流道內(nèi)電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及流場(chǎng)的分布情況，得到在不同電壓的流體速度。仿真結(jié)果表明在直流8V、磁場(chǎng)強(qiáng)度0.5T下流體速度為0.8mm/s，通過與所引用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，直流8~14V的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真值較為吻合，從而驗(yàn)證了數(shù)值仿真解決

8、方案的有效性以及仿真結(jié)果的正確性。最后以MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)在微流控器件中的應(yīng)用為研究對(duì)象，選擇在微流控器件設(shè)計(jì)中常見的兩種流道：矩形流道和梯形流道，建立微米量級(jí)的物理模