项目名称: 壁面润湿图案导引的微通道各向异性流动机理及混合效率

项目编号: No.51275036

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 李疆

作者单位: 北京科技大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 微通道流动的低雷诺数和层流特点是提高混合效率的难点。本项目提出了壁面润湿图案导引微通道各向异性流动的新原理,利用微通道内壁的图案化润湿区域,引起流动界面张力梯度变化,进而形成流体的混沌对流,提高微通道流体混合效率。 本项目将以具有壁面润湿图案的光滑平直微通道流动为对象,研究无滑移/滑移组合边界条件下的微通道流动建模与计算方法,进而研究壁面润湿图案作用下的界面张力分布与各向异性流动规律;然后,以微流体混合为典型应用,研究壁面润湿性和润湿图案几何参数对混合效率的影响;并最终形成微通道壁面润湿图案加工的关键工艺和工艺参数。该原理基于微通道的表面技术,可避免复杂三维几何结构或主动能量输入。该研究不仅为提高微通道流体混合效率、节约微流动系统的能源提供了新方法,也为研究微流动系统中界面效应的作用机理和应用提供了实验依据。

中文关键词: 表面润湿性;界面张力;微通道流动;层流;微流体混合

英文摘要: Microchannel flow has the key features of low Reynolds number and laminar flow, which greatly limited its mixing efficiency. This project proposes a new method of anisotropic flow induced by patterned wettability on the walls of microchannel, which results in a chaotic convection by the variation of interfacial tension gradient generated on the wettability-patterned walls. It will be useful in improving the mixing efficiency in microchannel flow. In this project, we will focus on the smooth and straight microchannels with wettability-patterned stripes on the walls, and study the modeling and analyzing of a no-slip/slip combined boundary condition to understand the distribution of interfacial tension and the features of the anisotropic flow induced by wettability-patterned surfaces. The theoretical and experimental results will be then applied to an typical application in microfluidic mixing, and the mixing efficiency will be discussed based on the wettability of the solid surfaces and the geometrical parameters of the wettability patterns. Finally, we will provide detailed key process and processing parameters of the fabrication of the wettability-patterned surfaces on the walls of microchannel. The method of patterned wettability based on the technology of surface processing, which avoid the ultility of com

英文关键词: wettability;interfacial tension;microchannel flow;laminar flow;microfluidic mixing

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