微通道内高通量磁泳分离实验研究

磁泳是实现生物分离的主要手段之一.利用功能磁珠在微流控芯片上实现高效磁泳分离是近年来的研究热点.对直径为1μm的超顺磁磁珠在当量直径为114.3μm的矩形微通道内的磁泳分离特性进行了实验研究.利用高速CCD观测了磁珠在微通道内捕获与释放的全过程,并通过图像分析,得到了磁珠的捕获情况随时间及流速的变化规律.实验发现,在高...     

水/乙醇混合工质在硅基微通道中的流动与换热

以不同浓度的乙醇水溶液为工质,在5种不同几何尺寸的梯形硅基微通道中进行了层流流动与换热的实验研究。基于实验结果,分别得出了摩擦常数和平均Nusselt数的实验关联式。实验发现微通道的几何尺寸对微流体的流动与换热特性有着非常显著的影响,各通道中的换热随乙醇溶液浓度的变化而呈现不同的特性,而流动特性则不随溶液浓度的变化而变化。同时还发现在本实验参数范围内,入口段效应对流动与换热的影响都十分显著。     

Al_2O_3-水纳米流体在微圆管内的流动特性

测定了不同体积分数下A l2O3-水纳米流体在内径0.193 mm和0.508 mm 2种玻璃微圆管内的流动阻力特性。结果表明:纳米流体流动从层流向湍流转变的临界雷诺数Rec发生在2 100附近;对0.508 mm微圆管,纳米流体由层流向湍流的转变与去离子水基本一致,对0.193 mm微圆管纳米流体流型转变较去离子水略有提前。在雷诺数小于1 500—1 700的层流范围,纳米流体和水的摩擦因子都与经典理论预测值吻合良好,同Hagen-Poiseu ille公式偏差小于7.5%,雷诺数大于此范围后前者的摩擦因子比后者和理论值有所偏高;而在过渡区和湍流范围,纳米流体的摩擦因子比水有较大提高,且随体积分数增加摩擦因子增加的趋势更为明显。     

纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性

对去离子水及体积分数分别为0.15%和0.26%的水基γ-Al₂O₃纳米流体在当量直径为194.5 μm的硅基梯形芯片微通道内的层流流动和换热特性进行了实验研究。考察了Reynolds数、Prandtl数以及体积分数对流动换热的影响。结果发现,使用纳米流体后,压降无明显增加,纳米流体的流动阻力特性与去离子水基本相同;对流换热Nusselt数较去离子水有明显提高,且随着体积分数的增加而增加;相同泵功下换热热阻显著下降。实验还发现纳米流体的强化传热效果在较高温度时更加明显。根据实验数据得到了梯形硅微通道内低浓度纳米流体的层流对流换热关联式。研究结果对于集成高效芯片散热系统设计具有重要意义。     

局部微型加热下液滴表面温度分布特性

液滴表面温度分布直接影响液滴内部微流状况,而目前文献对液滴表面温度研究主要基于平板全局加热模式。采用MEMS集成工艺和红外热像分析手段,对基于中心局部微型加热下的液滴表面温度分布特性进行了实验研究。研究发现：局部加热液滴表面温度分布与平板全局加热液滴表面温度分布不同,呈现顶端温度高、边缘温度低的凸形温度分布规律;随着加热功率增加,液滴表面温度和温度梯度都会随之增加,而当加热功率增加到一定值后,液滴表面温度增幅趋于一致,表面温度梯度趋于稳定分布状态。同时对液滴局部沸腾时气泡破裂前后液滴表面温度分布进行了研究。研究结果有助于理解和控制液滴微流分布。