微通道中一类生物流体在高Zeta势下的电渗流及传热特性

在高壁面Zeta势下,研究滑移边界条件下满足牛顿流体模型的一类生物流体的电渗流动及传热特性,流体在外加电场、磁场和焦耳加热共同作用下流动.首先,在不使用Debye-Hückel线性近似条件时,利用切比雪夫谱方法给出非线性Poisson-Boltzmann方程和流函数满足的四阶微分方程及热能方程的数值解,将所得结果与利用Debye-Hückel线性近似所得结果进行比较,证明本文数值方法的有效性.其次,讨论电磁环境下壁面Zeta势、哈特曼数H、电渗参数m、滑移参数β对流动特性、泵送特性和捕获现象的影响,并探究焦耳加热参数γ和布林克曼数Br等参数对传热特性的影响.结果表明,壁面Zeta势、电渗参数m、滑移参数β的增大对流体速度有促进作用,而哈特曼数H的增大会抵抗流体流动.研究进一步表明,焦耳加热参数γ和布林克曼数Br的增大会导致温度升高.

变截面微管道中高zeta势下幂律流体的旋转电渗滑移流动

本文研究高zeta势下具有Navier滑移边界条件的幂律流体,在变截面微管道中的垂向磁场作用下的旋转电渗流动.在不使用Debye–Hückel线性近似条件时,利用有限差分法数值计算外加磁场的旋转电渗流的电势分布和速度分布.当行为指数n=1时得到的流体为牛顿流体,将本文的分析结果与Debye–Hückel线性近似所得解析近似解作比较,证明本文数值方法的可行性.除此之外,还详细讨论行为指数n、哈特曼数Ha、旋转角速度Ω、电动宽度K及滑移参数β对速度分布的影响,得到当哈特曼数Ha>1时,速度随着哈特曼数Ha的增加而减小;但当哈特曼数Ha<1时,x方向速度u的大小随着Ha的增加而增加.

平行微管道中高Zeta势下两层磁流体的电动流动及传热研究

本文研究了高Zeta势下平行微管道中两层磁流体电渗流动及传热特性。首先,通过有限差分法数值求解非线性Poisson-Boltzmann方程给出电势分布,计算相应的速度分布、温度分布及熵产。其次,分析了速度分布、温度分布和熵产随磁场Hartman数、两层流体的介电常数比、流体粘性比和界面电势差的变化趋势。最后,比较了低Zeta势和高Zeta势下两层流体速度分布、温度分布和熵产的变化规律。结果表明,随着Zeta势的增加,两层流体的速度、温度和熵产都随之增大。

平行微管道中高Zeta电势的旋转电渗流动

研究了高Zeta势下平行微管道内牛顿流体的旋转电渗流动.根据薄的双电层假设,解析求解了非线性Poisson-Boltzmann(P-B)方程,进而获得了电荷密度分布.考虑旋转坐标系下流体的Navier-Stokes控制方程,利用常数变易法得到了电渗速度及流率的半解析解,并且将得到的结果与低Zeta电势的结果进行比较.通过数值计算,研究了无量纲壁面电势ψ0、旋转角速度ω以及电动宽度K对电渗速度剖面的影响.结果表明:远离双电层的流体更容易受到旋转的影响,从而导致电渗速度剖面在微管道中心处形成一个凹面;相比于低Zeta电势的情况,其电渗速度更大,因此高Zeta势能够促进流体流动.此外,还研究了无量纲壁面电势ψ0、旋转角速度ω对流率的影响.

高Zeta势下环形微管道中Jeffrey流体的磁流体电渗流动研究

本文从理论上研究了在洛伦兹力、电渗力和压力混合驱动下,高Zeta势下Jeffrey流体在环形微管道中的磁流体电渗流。采用切比雪夫谱方法对非线性P-B方程、Jeffrey流体本构方程和柯西动量方程进行了数值模拟,并通过改变Hartmann数Ha、壁面Zetaψ_(0)、松弛时间λ_(1)和滞后时间λ_(2)、内外半径之比α及内外壁Zeta势之比γ等参数对结果进行分析。

静电自组装碳纳米管/壳聚糖复合材料

采用化学氧化法制备了表面带负电荷的多壁碳纳米管水溶胶,通过静电作用力与带正电荷的壳聚糖自组装,制备出生物兼容性的碳纳米管/壳聚糖复合材料。通过调节pH值控制氧化碳纳米管和壳聚糖的Zeta势(表面电势),从而改变颗粒表面电荷类型和电势强弱,以及复合体系黏度发生的变化,使用NDJ-79旋转黏度计、红外光谱(FTIR)、高分辨透射电镜(HRTEM)和热重分析仪(TGA)对碳纳米管/壳聚糖复合材料进行表征,发现pH=5时碳纳米管/壳聚糖复合体系的黏度最低,表明碳纳米管与壳聚糖具有强的静电作用,得到性能稳定的碳纳米管/壳聚糖复合材料,厚度约4nm规整非晶薄层壳聚糖;热重分析表明复合材料中壳聚糖的质量分数达到40%。

微纳米通道电场调控电渗流研究及控制

在通道壁面垂直施加一个调控电场可以改变双电层电荷密度和Zeta电位势,实现对电渗流的调控。采用离子输运Nernst-Planck方程、液体流动Navier-Stokes方程、以及介电层-电解液耦合双电层Poisson方程,数值求解外加均匀调控电压下微纳米通道的电渗流动,得到表面Zeta电位势、电渗流速度与外加调控电压的关系特性。数值解与基于Poisson-Boltzmann方程双电层弱重叠近似和双电容串联模型的解析解相对比,进一步研究了控制外加调控电压以及控制电渗流的方法。