微小異形截面槽道內(nèi)電滲流動(dòng)特性分析.pdf

1、目前，隨著微加工技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)與微流體器械等高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，微小尺寸設(shè)備己在微電子機(jī)械系統(tǒng)、微機(jī)電系統(tǒng)、微型器械等諸多領(lǐng)域開始應(yīng)用。其中，具有結(jié)構(gòu)簡單、流動(dòng)方式連續(xù)等特點(diǎn)的電滲微泵不僅應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)，在醫(yī)療藥物運(yùn)輸以及兩相流制冷技術(shù)，甚至宇航科技中也都有著廣闊的應(yīng)用前景。另一方面，直接甲醇燃料電池作為一種新型清潔能源成為當(dāng)前的熱點(diǎn)研究課題，直接甲醇燃料電池內(nèi)水的遷移和甲醇的滲透與電滲作用密切相關(guān)。因此，深入研究微尺度槽道內(nèi)電滲流

2、動(dòng)特性將為這些現(xiàn)代高新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)，對改善燃料電池內(nèi)物質(zhì)傳輸和提升燃料電池性能具有重要的理論指導(dǎo)意義。 本文分別在等溫流動(dòng)及考慮焦耳熱情況下，建立了微小三角形槽道、圓柱體材料按三角形、正方形排列所構(gòu)成的微小槽道內(nèi)電滲流動(dòng)理論模型。通過Galerkin法計(jì)算并分析了其內(nèi)部的電勢及速度分布，獲得了溫度、槽道尺寸、電場強(qiáng)度、zeta電勢以及電解質(zhì)濃度對微槽道內(nèi)電滲流動(dòng)的影響規(guī)律。得到了不同槽道尺寸以及zeta電勢下質(zhì)量流量

3、分別隨順壓力梯度以及逆壓力梯度變化關(guān)系，并分別將順壓力梯度以及逆壓力梯度下速度分布與純電滲流動(dòng)下速度分布進(jìn)行了比較，系統(tǒng)地討論了質(zhì)量流量隨各無量綱參數(shù)的變化規(guī)律，其主要結(jié)論如下： 1) 微槽道內(nèi)雙電層引起的電勢分布存在于槽道壁面附近，越靠近壁面電荷分布越密集，液體所受電滲作用引起的體積力愈大。 2) 在電滲體積力和粘性力共同作用下，槽道壁面間距較小處的中心區(qū)域的液體流速較大；而間距較大處的中心區(qū)域的液體速度較小。

4、 3) 液體的質(zhì)量流量隨zeta電勢、電場強(qiáng)度、流體溫度及電解質(zhì)濃度的增加而增加，隨槽道尺寸的增加先增加后減小。 4) 質(zhì)量流量隨順壓力梯度的增加而增加，當(dāng)壓力梯度較小時(shí)，電滲作用較大，質(zhì)量流量隨壓力梯度變化較??；當(dāng)壓力梯度增大到一定程度時(shí)，質(zhì)量流量隨壓力梯度的增加近似成線性增加。逆壓力梯度條件下情況則相反。 5) 槽道尺寸較大時(shí)，壓力梯度的影響對電滲流動(dòng)影響較大；不同zeta電勢下，壓力梯度對電滲流動(dòng)的影響情況變化不大

5、。 6）當(dāng)逆壓力梯度達(dá)到一定值時(shí)，槽道內(nèi)壁面間距較小處液體流速為正，而槽道內(nèi)壁面間距較大處液體流速為負(fù)。 7）隨著Ju數(shù)的增加，溫度隨之升高，流道內(nèi)的液體流速亦會(huì)隨之增加。當(dāng)逆壓力梯度較小時(shí)，較大Ju數(shù)下的質(zhì)量流量較大，當(dāng)逆壓力梯度較大時(shí)，較大Ju數(shù)下的質(zhì)量流量卻更小。8) 壓力梯度一定的情況下，質(zhì)量流量隨K值的增加而增加，當(dāng)逆壓力梯度為某一值時(shí)，K值較小時(shí)Ju數(shù)較大的質(zhì)量流量較小，K值較大時(shí)，Ju數(shù)越大的質(zhì)量流量越大。