微扩散通道中的流动电位势和电黏性效应分析

采用电解质溶液离子输运的Nernst-Planck方程、液体运动的Navier-Stokes方程和电场的Poisson方程研究了微扩散管的双电层、电解质流动电位势和电黏性效应。采用有限体积法分析了微扩散管流动电位势、流动电阻力、流量损失和流动速度形态变化。结果表明,与均匀截面微通道不同的是,流动电位势在微扩散管内呈非线性增长,流动电阻力沿微通道截面扩张方向下降。在微扩散管的横截面上也会产生流动电位势和电阻力。在微收缩管流动的电黏性效应和流量损失率比微扩散管流动略大。论文数值解给出流动电位势从瞬态到稳态发展过程的时间尺度特征,并分析了微通道扩散角对电黏性效应产生的微通道流量损失率。

直微通道中的电黏性效应

为了研究直微通道中幂律流体的电黏性效应,建立了压力驱动微通道内流体流动的数学模型,其中双电层电势分布、流体流动及流动粒子输运特性分别由Poisson-Boltzmann(P-B)方程、Navier-Stokes(N-S)方程及Nernst-Plank(N-P)方程描述。讨论了微通道中有电黏性效应时溶液浓度;幂律指数对微通道内流体的速度分布、流动电场强度的影响。结果表明:对于n<1的剪切变稀流体,流体的黏度和流动速度随着n的增大而减小,变化非常明显;而对于n>1的剪切变稠流体,黏度和流动速度几乎不受n的影响,在实际应用中可以忽略不计。