依据马蹄变换的混沌流微混合器

论文摘要

为了实现微流控芯片对痕量试样的快速、均匀混合,依据"马蹄变换"数学模型,对流体进行"挤压拉伸"、"弯曲折叠"和"逆变换-交集"操作.基于此借助符号动力学系统计算出了"马蹄变换"后的李雅普诺夫指数,从理论上证明了,当满足"挤压"幅度0<λ<1/2且"拉伸"幅度μ>2时,上述操作能够在低雷诺数的层流条件下,成功诱发混沌流.在此基础上,设计并制作了一款由4个"马蹄变换"混合单元组成,有效混合距离为13 mm的微混合器.利用COMSOL软件得到的数值仿真结果表明:当Re≥1时,流体的佩克莱数Pe≥10,此时微混合器诱发的混沌流将随着流速的加快而增强,并逐步成为促进混合的主要因素;当Re=10时,经4个混合单元后,试样的浓度方差σ=0.054,混合效果接近均匀.对微混合器芯片进行的可视化测试结果表明,荧光显微镜拍摄到的示踪剂颜色变化与仿真结果中的表面浓度云图一致;而不同pH试样的混合测试结果则证明了,基于"马蹄变换"数学模型设计的微混合器能够产生混沌流且实际效果理想.

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文章来源

类型: 期刊论文

作者: 张贺,揣荣岩,李新,张冰

关键词: 微流控芯片,混沌混合器,马蹄变换,符号动力学系统,传质扩散

来源: 哈尔滨工业大学学报 2019年04期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑,基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 沈阳工业大学信息科学与工程学院

基金: 辽宁省教育厅基础研究基金(LFGD2017015)

分类号: TN492;O415.5

页码: 60-65

总页数: 6

文件大小: 1167K

下载量: 108

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