微流控芯片是微全分析系统μTAS当前研究的重点,从作用形式上主要分为分离分析器和混合反应器两大类。微流体速度流型与分离分析和混合反应的效果都有紧密的关系。在微尺度范围条件下影响微流体速度流型的因素很多,就管道设计而言,主要有管道的大小和截面形状、管道弯度、以及管道的表面粗糙度。本论文采用数值模拟的方法,用多物理场分析软件ANSYS对微流体速度流型的影响因素进行了分析:1.管道尺寸和截面形状对速度流型的影响:主要分析了压力驱动方式下不同粗细管道内速度流型的尖锐程度,以及在方形、圆形和三角形管道内电渗驱动方式产生的速度流型的区别。模拟结果表明在压力驱动方式下并非管道越细产生的速度流型越尖锐,而是依据不同管道形状出现在15 -30μm范围内。在电渗驱动方式下受管道壁影响,速度流型会发生波动不再保持塞状流,在三角形的管道下这种影响最为明显。2.弯道对速度流型的影响:模拟了试样通过不同角度和管径的弯道后速度流型的变化。发现管道直径和弯道角度增加速度流型上两端速度差也增大。通过改变弯道外径处电渗力的大小实现了对速度的控制,使得内外径的速度尽量一致,另外通过两个相同角度弯道的反相连接也有效的减小了内外径的速度差。3.管道相对粗糙度对速度流型的影响:分析了三角形和半圆形两种粗糙颗粒在不同粗细管道下对速度流型产生的影响。管道粗细为5μm的情况下,几乎观察不到粗糙颗粒对速度流型的影响。在粗糙颗粒间隔为1 ? 2μm的情况下对速度流型的影响最大,当粗糙颗粒间隔超过5μm时对速度流型的影响变得较小。总之,对微流体速度流型的研究至关重要,本文利用数值模拟的方法,从管道截面形状、弯道、表面粗糙度等三个方面对影响微流体速度流型的因素进行了研究。通过模拟发现不同截面形状的管道对流体的动量传递有不同的影响,与圆形和方形管道相比,三角形管道对动量的传递影响更大。单个弯道的管道,通过减小弯道直径和弯曲角度可以在一定程度上减小弯道效应,同时也可以通过改变弯道内电渗强度来减小内外径速度差。如果组合两个方向相反的弯道也可以有效地减小内外径速度差。在粗糙管道内三角形的粗糙颗粒对速度流型的影响较小。这些有益的结论对管道的设计加工和实验操作具有一定的指导意义。