基于声表面波在非压电基板上推动油滴运动的实验研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fh2039
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本文首先对声表面波技术做出了详细的阐述和介绍,研究了声表面波在微流体驱动领域的各种应用以及技术特点;然后针对本实验所需材料进行理论分析,选择了压电陶瓷换能器,所激励出的声波可以在曲面上传播,针对本文目标应用领域为道路交通润滑体系,选择钢板作为基板。结合流体力学经典理论纳维斯托克方程对兰姆波推动油滴的理论模型进行推导,从理论上模拟了微流体的受力情况,并得出了影响油滴运动的三个主要因素。最后,本文结合理论模型,设计了兰姆波推动油滴的实验方案,运用控制变量的方法实现对油滴运动的实验研究,并针对油滴在不同非压电基板表面的浸润性进行了实验,对声表面波推动油滴的实验进行了补充。结果表明,兰姆波推动油滴的运动位移将受到声流力,重力,基板的倾斜角度三个重要因素的影响,每个因素都会令油滴运动位移产生变化;当激发电压和油滴体积一定时,兰姆波驱动油滴的运动位移随着基板倾角增加而增大,且这一特征在油滴体积为10μL时最明显;30 s内油滴的运动位移和油滴运动的最终位移均有此结论,也说明随着基板倾角的增加,油滴运动的平均速度也在加快。当基板倾角和油滴体积一定时,油滴运动位移随激发电压的增加而增加,在斜面上油滴位移大于平面油滴位移;当基板倾角和激发电压一定时,油滴的体积越大,其所受的兰姆波的驱动力越大,运动位移就越大,体积为30μL的油滴所受驱动影响更明显,运动位移显著大于10μL和20μL油滴。在不同基板表面的油滴接触角总体呈现下降的趋势,并且随着时间的增加,接触角会逐渐趋向一个较小的角度区间,在水平基板上随着油滴体积的增加,油滴在不同基板上的接触角均呈现减小的趋势;油滴接触角在附着于水平基板上初始阶段时变化率较大,随着时间的增加,在10 s内油滴在不同基板的接触角变化率都呈现逐渐减小的趋势;随着时间的增加,在10 s内油滴在倾斜基板的前进角和后退角变化率逐渐降低,油滴在倾斜基板的铺展速度逐渐降低;在水平、倾斜不同基板上的油滴铺展直径随着时间的增加而增大,在倾斜基板上油滴的铺展直径比水平基板上的油滴的铺展直径更大。
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