交流电场作用下具有导电率梯度的两相微流体驱动

为探讨微通道内多相流体驱动路径的控制方法,进行具有导电率梯度的交流电场致两相流体驱动实验,对沉积在微通道底部的指型交叉电极施加交流电信号,发现具有高导电率的流体会将低导电率流体挤出通道,并且占据整个通道,当不加电信号时,两相流体流动路径恢复初始状态.建立实验系统的二维理论模型,对两相流体交界面处由于电场与导电率梯度综合...     

点面电极系统高频流体驱动机理

为了研究交流电场作用下微流体高频驱动机理,以点面电极系统为基础,进行了高于驰豫频率范围的交流电动微流体驱动实验,发现了这一范围内的明显流体流动现象.指出电热效应是点面电极系统中产生高频微流体流动的主要因素,分析了电热效应对点面电极系统中电导率分布的影响.以点面电极系统中的电荷守恒方程、传导与扩散方程、Navier-St...     

多功能PWM信号发生器设计

介绍了可由直流电压、正弦交流和任意波形信号作为基波控制占空比的PWM信号发生器的设计.基波信号由MSP430F169单片机系统产生,PWM调制波由压控振荡器产生,两信号经高速比较器调制产生PWM信号.实现了PWM信号频率可调、基波频率和基波波形可程序设置等功能,并可产生三相SPWM信号.     

交流电场作用下微电极表面电渗流流速的计算

为解决微流体在交流电场作用下电极表面电渗流的流速计算方法,在电极极化产生双电层的基础上,建立了交流电渗等效电路模型,通过对双电层容抗和溶液电阻的计算,得出了微电极表面交流电渗流流速的计算公式,并对各点交流电渗流速与频率的关系进行了分析.结果表明,电极参数为宽80μm,长2 mm,电极间距20μm的对称电极交流电渗,在电极表面上的各点电渗流流速与输入信号频率对数呈正态分布状态.研究结果为交流电渗驱动微流体提供了理论参考依据.     

光源振动实现激光自混合干涉外腔调制

从外腔长度高频调制的自混合干涉信号解调出外腔反射面低频振动信号的波形。为了实现外腔长度相对外腔反射面振动的高频调制,提出一个激光源振动方案,将激光二极管模块安装在长约23 mm,直径约13 mm的电磁激励振子上,用正弦信号激励电磁振子驱动激光源做振幅约四分之一波长,频率约7 kHz的正弦振动。采用傅里叶变换相位解包裹方法和数字信号处理从自混合干涉信号中解调出正弦波、三角波和方波激励外腔反射面振动的信号波形,最小可分辨振幅约0.02波长的振动波形。正弦振动的激光源的光束强度或偏振方向不随调制信号变化,优于外腔中插入相位调制器件的方法。实验测量表明,激光源正弦振动可以实现激光自混合干涉的外腔调制。     

幂指数型非线性浓度梯度芯片设计及性能分析

微流体浓度梯度的生成与微通道结构及实验流体流量比例密切相关。本文通过对比传统与新型浓度梯度生成芯片的方法与特点,根据微流体的流动及传质扩散特性,采用被动混合原理设计了一种可在通道不同位置处生成不同浓度梯度的蛇形结构微通道芯片。建立了基于有限元的多物理场耦合模型,通过调整入口微流体流量比及扩散系数,得到流道内浓度分布结果,设计制作了带有蛇形微通道的PDMS微流控芯片并进行实验。两相流体分别选用去离子水和红色染料,实验流体在入口处总流量为10μL/min。通过分析微通道出口处流体浓度的分布规律,验证了该装置的可靠性。     

正弦波脉动流对微通道内流体流动与传热特性的影响

采用数值计算方法研究了两种结构微通道内由于入口速度的正弦变化而发展的非稳态层流流动与换热特性.分别研究了脉动频率、振幅以及雷诺数对流体在微通道内流动与传热的影响.研究结果表明,在雷诺数为100～400时,脉动流动对矩形通道底面温度与换热性能影响较小,但对三角凹穴结构通道有着显著影响.随着脉动频率的增加,通道底面温度先增加后减小.证明存在一极限频率使得小于该频率时通道底面温度升高,大于该频率时则降低.随着振幅的增加,通道底面温度在减小,换热不断增强.但是,随着雷诺数的增加,脉动流动的作用逐渐减小.脉动频率与振幅的增加都会使得通道的压降增加.     

弯曲微通道周期性流动和液体混合效率分析

采用数值方法研究生物芯片弯曲微通道三维周期流动特征,生物样品和试剂液体在微通道扩散混合过程,对微通道四种流动工况进行详细计算和分析.数值分析结果表明,在定向流量、通道截面和长度相同的条件下,从第(1)到第(4)工况顺序,液体混合效率渐次提高,第(4)工况液体混合效率最高.流动特征分析表明,弯曲微通道横截面的二次流动和周期流动在通道横截面变化的速度分布可以大大提高液体混合效率.     

局部加密的正弦波纹微通道强化传热的数值研究

文中提出了一种局部加密的新型正弦波纹微通道,采用数值模拟的方法研究局部加密位置(上游、中部、下游)对波纹微通道流动换热性能的影响.结果表明,较矩形直通道,波纹微通道的传热性能显著提高,底面最大温差大幅降低.这主要归结于波纹形状的弯曲壁面使流体产生扰动,促进了流体混合;波纹微通道增加了对流换热面积,增强了对流换热效果.局...     

交流电渗粒子收集的研究

针对低浓度微纳粒子快速准确收集这一MEMS领域瓶颈问题展开了相关研究.实验研究发现,在对称电极芯片上施加低压低频交流电信号,样品中的微纳粒子收集到电极表面固定区域.以交流电场机制为基础,建立了交流电渗对称电极的二维模型及等效电路,推导了交流电渗作用下的微流体流动速度公式,对比研究了介电泳、重力以及浮力作用下微纳粒子的运动速度.通过数值仿真计算,分析了交流电渗作用下微纳粒子在对称电极上的收集位置,研究了介电泳力对于微纳粒子收集的影响,并对仿真与实验进行了对比分析.研究表明,在交流电场机制中低压低频条件下, 交流电渗起主导作用,能够快速准确地进行微纳粒子收集.     

提高除尘电源效率的新方法

通常电除尘的控制理念认为,施加于电极间的直流电压的纹波系数愈小,电源效率及除尘效率愈高,结果导致除尘效率的进一步提高受到火花放电现象的限制.通过分析研究气体放电理论及现场工程实验,认为电极间电压波形为脉冲+直流时更加有利于除尘效率的提高.为此提出一种新的控制方法,功率电路选用三相可控硅拓扑结构;调节规律采用跟踪临界火花...     

基于DDS原理的DSP调制算法及实现

针对常规寻址方法实现DSP调制效率低且灵活性差等缺点,提出将DDS原理应用于DSP调制算法中,通过修改内存中正弦函数表的寻址地址改变正弦信号的频率和相位,从而实现正弦载波的2FsK和2PSK调制.该算法实现的已调信号波形正确,算法执行时间较之常规寻找方法大为缩短.当内存中存入其他任意形状波形的样值表时,可以产生任意波形的信号,进而实现以任意波形为载波的调制.     

波形对人体感知电流阈值影响分析

为研究波形对人体感知电流效应阈值的影响,建立了基于脑电监测的人体感知电流效应阈值试验测试系统,以期客观地测量人体感知电流效应阈值。针对10位年轻的健康男性,分别使频率为50 Hz!1 KHz、波形为正弦、三角波、方波的电流手到手流过人体,并测量3种典型波形下的人体感知电流效应阈值。试验表明:对于同种波形而言,感知电流阈值基本上随频率的升高而线性增大;而不同波形电流信号的等效直流量是造成不同感知电流效应阈值的关键因素,电流的真有效值越大,人体的感知电流效应阈值也越大。     

圆形微通道内压力驱动流的边界滑移效应及动电效应

采用层流Navier-Stokes方程和离子分布Boltzmann方程建立圆形微通道内压力驱动流的数学模型,分别采用Navier滑移条件和电流密度平衡条件描述微流动边界速度滑移和动电效应,应用有限元法分析边界效应对微流动的影响。结果表明:微流动受边界效应的作用不容忽视,圆形微通道边界滑移效应对流动有促进作用而动电效应有阻滞作用;当微通道内同时存在2种边界效应时,边界滑移效应对流动的影响随着壁面ζ电势的增大而逐渐减弱,在高壁面ζ电势时影响甚微,几乎可以忽略。     

非对称电极交流电热泵的流体输运及混合

为满足微流控芯片在化学分析、细胞培养、药物测试等领域中流体驱动与混合的需要,对传统经典非对称交流电热泵进行改进,提出多种样式具有混合功能的非对称电极交流电热泵.通过COMSOL三维建模,对不同种类的电热泵在不同电压下的输运效率、温度和混合效率进行定性及定量分析,并对其中混合效率最高的交替倾斜偏向电极的角度偏转参数进行讨论.结果表明:几种改进的非对称电极交流电热泵可实现输运与混合双功能,其中倾斜交替偏向电极的混合效率明显优于其他样式;在有限的区域内以25°倾斜度时交替偏向电极的混合效率最高,此时在有效值为7.070 V交流电压下,泵送速度可达69.53μm/s,比传统无混合功能的非对称交流电热泵速度67.16μm/s高出3.5%.     

三种不同结构微混合器的性能分析及压损比较

对平面内非对称圆形通道、扇形通道及错位通道3种不同结构类型的微混合器的混合特性进行了数值模拟和分析,讨论在不同雷诺数下,通道几何结构参数对微混合器混合强度及通道压力损失的影响.研究结果表明:在雷诺数大于10时,3种类型微混合器混合强度均随雷诺数增大而增大;在不同雷诺数下,错位通道微混合器混合效果最佳,但其压力损失会相对增大.     

特勒根定理的验证

本文提出了一种用电动系功率表验证特勒根定理的新方法,并且证明了这种方法不仅在直流和正弦交流电源激励的网络中可以应用,同时也适用于同频率非正弦波形电源激励的网络。文章还就同频率非正弦波形电源激励这种一般情况提供了详细的实验资料。实验结果证实了这种新方法的正确性。     

预电应力对环氧树脂固化物开裂的影响

研究了针-板电极系统下预电应力对环氧树脂固化的影响,发现在环氧树脂固化过程中施加负针-正板直流预电应力可减少由于内部应力而产生的浇注件开裂现象,从而提高了浇注件的局部放电起始电压,但交流预电应力和正针-负板预电应力浇注件的开裂尚未发现有改善作用,并讨论了产生上述现象的机理.     

SOR微型混合器的设计及实验研究

为实现微尺度条件下流体的均匀混合，按层流混合原理设计了一种三维结构的新型静态微型混合器.通过在微通道内设置周期交叉排列的导流块，在轴向的压力梯度作用下产生横向的流动，从而在微管道内产生对流体的搅拌作用，达到促进混合的目的.运用计算流体动力学方法分析了静态微型混合器内速度场的分布规律，阐述了发生混合的机理.采用罗丹明染料与去离子水的混合试验检测该微型混合器的混合性能，同时分析了微型混合器的混合效果与结构参数、雷诺数的关系.混合试验表明， 交叉导流式Ⅱ型（SOR Ⅱ）微混合器在低雷诺数和高雷诺数条件下都可以获得好的混合效果，而交叉导流式Ⅰ型（SOR Ⅰ）微混合器只能在高雷诺数条件下获得好的混合效果.     

电磁流动成像测井频率特性分析

电磁流动成像测井基于油气水导电和介电特性差异测量并重建流体流动的截面图像,其交流激励信号的工作频率对测量的影响主要体现在对混合流体电性(包括电导率和介电常数)以及测量值两个方面.通过理论研究和数值模拟,对频率选取进行讨论.分析及计算结果表明,根据流型不同,测量频率选择应略有差异,但基本集中在10kHz～10 MHz,此时油气水混合流体的各相电性参数保持稳定且差别大,同时各电极模拟测量值基本保持稳定,实部及虚部均差别明显,传感器可以获得最高灵敏度.频率特性分析为实际测量优选交流信号频率提供依据.