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U型微纳米通道系统中离子浓差极化现象及其应用仿真研究

2020-12-08阅读(456)

U型微纳米通道系统中离子浓差极化现象及其应用仿真研究

论文摘要

随着微纳米系统在电渗微泵、海水淡化、分子富集等工程领域的广泛应用,对微纳米系统的理论研究受到了越来越多人的重视。U型微纳米通道作为一种基础的微纳米通道结构,能够产生明显的流动扰动,可以作为微流体混合器、电渗微泵以及细胞裂解装置,但与之相关的理论研究还处于初始阶段。本文利用数值仿真的方法对U型微纳米通道系统中的电动力学特性进行了研究,分析了关键物理参数(外部电压、外部压力)和结构参数(纳米通道数量、纳米通道间距)对系统输出指标(电场、压力、剪切应力等)的影响。仿真结果表明纳米通道中的离子选择性输运造成了离子浓差极化现象,在微纳米通道交界处的离子耗尽区域内产生了显著增强的电场以及电动流动。该系统中的电流强度、流体速度和最大剪切应力等指标均随外部电压的增加而线性增大。对不同纳米通道数量和纳米通道间距的系统进行的仿真计算表明,增加纳米通道数量和增大纳米通道间距均能使微纳米通道交界处的压强差得到增大,而只有增加纳米通道数量的方法才能增强微纳米通道交界处的电场。增加压力流会导致离子耗尽区域被压缩直至被完全破坏,从而降低系统的除盐效果并使其丧失局部增强的剪切流。本文所揭示的U型微纳米通道系统中的电动力学特性对海水淡化、电渗微泵等相关领域的应用具备指导意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 微纳米系统中离子浓差极化现象的理论及应用
  •     1.1.1 纳米通道的离子选择性
  •     1.1.2 微纳米系统中的离子浓差极化现象
  •     1.1.3 基于ICP现象的应用
  •   1.2 基于ICP的 U型微纳米系统研究现状
  •   1.3 本课题研究的目的和意义
  •   1.4 本课题研究的主要内容
  • 第二章 U型微纳米系统仿真的基础理论
  •   2.1 系统简介
  •   2.2 控制方程
  •   2.3 边界条件
  •   2.4 网格划分
  •   2.5 数值求解
  •   2.6 本章小结
  • 第三章 U型微纳米系统的电动力学特性
  •   3.1 引言
  •   3.2 系统的浓差极化现象
  •   3.3 局部电场增强效应
  •   3.4 局部压力增强现象
  •   3.5 系统的泵效应
  •   3.6 电流-电压关系
  •   3.7 本章小结
  • 第四章 纳米通道结构参数对系统电动力学特性的影响
  •   4.1 纳米通道数量对系统电动力学特性的影响
  •     4.1.1 系统的浓差极化现象
  •     4.1.2 局部电场增强效应
  •     4.1.3 系统的压力响应
  •     4.1.4 系统的速度响应
  •   4.2 纳米通道间距对系统电动力学特性的影响
  •     4.2.1 系统的浓差极化现象
  •     4.2.2 局部电场增强效应
  •     4.2.3 系统的压力响应
  •     4.2.4 系统的速度响应
  •   4.3 本章小结
  • 第五章 U型微纳米系统中的剪切应力分析
  •   5.1 引言
  •   5.2 系统的涡流强度
  •   5.3 系统的最大剪切应力随电压的变化关系
  •   5.4 系统的最大剪切应力随压力的变化关系
  •   5.5 系统的速度响应
  •   5.6 U型系统与H型系统的差异
  •   5.7 本章小结
  • 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士阶段发表的论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 邱必龙

    导师: 李子瑞

    关键词: 型微纳米通道,离子浓差极化,电动流动,剪切应力

    来源: 温州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 力学,无线电电子学

    单位: 温州大学

    分类号: TN492;O361.4

    总页数: 61

    文件大小: 3659K

    下载量: 28

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