基于MHD微流控驱动技术的理论研究

发布时间：2022-07-20 12:13

　　微流控技术研究是当今世界的前沿科技领域之一,如何高效的驱动微流道中的流体是其发展的关键,现阶段常用的驱动力有压力、电场力、表面张力等。其中,磁流体动力学（magnetohydrodynamics,MHD）驱动是基于导电液体在电磁场中受到洛伦兹力而发生运动状态变化的一种技术,因其具有结构简单、可双向泵浦以及操作电压低等独特优点而得到关注。现阶段对于MHD驱动的研究方式主要是科学实验,因其涉及电场、磁场以及流场的多物理场耦合,数值仿真分析难度较大,相关研究也较少。为了进一步研究和应用MHD驱动技术,对其的数值仿真分析成为现阶段迫切需要解决的问题。本课题以微流控驱动技术中MHD驱动作为研究对象,完成了基本理论分析,通过数值仿真软件建立了不同尺度、不同流道构型的物理模型,经过求解计算得出流道内电场、磁场、流场等相关物理参量的分布,解决了其内部电磁场分布抽象、不易理解的难点,同时对仿真结果的合理、正确性给予验证,为MHD驱动技术在微流控中的进一步发展应用提供了有力的辅助和验证手段。本文首先分析了MHD驱动技术的基本理论,以经典流体力学理论和经典电磁学理论推导了在理想条件下的数学模型,得到在直流和... 

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状及文献回顾
        1.2.1 基于MHD驱动技术的微泵
        1.2.2 基于MHD驱动技术的微流体网络
        1.2.3 基于MHD驱动技术的微搅拌器
    1.3 MHD驱动技术的数值仿真发展与意义
    1.4 本文的研究内容及方法
第二章 MHD驱动基本理论
    2.1 流体力学基础知识
        2.1.1 流体性质
        2.1.2 流体力学基本方程
    2.2 MHD驱动原理及特点
    2.3 MHD驱动的电磁特性分析
        2.3.1 直流MHD驱动
        2.3.2 交流MHD驱动
    2.4 流道尺寸的影响分析
    2.5 阻力对流体的影响分析
    2.6 电流加热的影响分析
    2.7 本章小结
第三章 MHD驱动技术的数值仿真
    3.1 数值仿真方法与软件介绍
        3.1.1 数值仿真求解方法及分类
        3.1.2 Comsol Multiphysics软件简介
        3.1.3 数值仿真流程及假设条件
    3.2 MHD驱动技术的数值仿真前处理
        3.2.1 物理模型建立
        3.2.2 边界条件设置
        3.2.3 网格剖分
        3.2.4 求解设置
    3.3 MHD驱动技术的数值仿真结果分析
        3.3.1 磁场分析
        3.3.2 电势、电场分析
        3.3.3 洛伦兹力分析
        3.3.4 流场分析
    3.4 MHD驱动技术的数值仿真验证
    3.5 本章小结
第四章 微米尺度下不同形状流道MHD驱动仿真
    4.1 矩形流道MHD驱动仿真前处理
        4.1.1 物理模型建立及边界条件设置
        4.1.2 网格剖分及求解器设置
    4.2 矩形流道MHD驱动仿真结果分析
        4.2.1 磁场及电场分析
        4.2.2 流场分析
    4.3 梯形流道MHD驱动仿真分析
        4.3.1 参数设置
        4.3.2 结果分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 前景展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间撰写的论文
致谢



本文编号：3663981