發(fā)布時(shí)間：2014-12-22 09:55

 

【摘要】 隨著微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-electro-mechanical System，MEMS)技術(shù)的迅猛發(fā)展，諸如微流道散熱器、微泵、微閥、微混合器、微噴嘴、微生物芯片等微流體器件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在這些器件中，微流道是介質(zhì)輸運(yùn)的基礎(chǔ)，各種功能部件之間均由它連接。與宏觀流動(dòng)系統(tǒng)不同，隨著特征尺度的減小，表面效應(yīng)成為影響微流體系統(tǒng)性能的主要因素。深入了解微流道內(nèi)流體流動(dòng)和傳熱特性，對(duì)微流體器件的功能實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要作用。本文主要對(duì)微流道內(nèi)動(dòng)電效應(yīng)、壁面滑移和壁面粗糙度三種表面效應(yīng)的影響機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，獲得了表面效應(yīng)影響下的流體流動(dòng)及傳熱規(guī)律。論文的主要研究工作及獲得的結(jié)論如下：(1)研究了壁面非對(duì)稱(chēng)邊界條件下，動(dòng)電效應(yīng)對(duì)壓力驅(qū)動(dòng)微流體流動(dòng)及熱傳遞特性的影響。系統(tǒng)地分析了動(dòng)電參數(shù)、壁面zeta電勢(shì)、上下壁面zeta電勢(shì)比及熱通量比等參數(shù)對(duì)電勢(shì)場(chǎng)、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及微流體傳熱性能的影響。結(jié)果表明上下壁面zeta電勢(shì)的大小相同、極性相反時(shí)，其引起的電場(chǎng)力相互抵消，動(dòng)電效應(yīng)消失；微流道內(nèi)的溫度場(chǎng)與雙電層電勢(shì)分布密切相關(guān)，上下壁面zeta電勢(shì)取值不同時(shí)，造成雙電層分布的不一致，從而影響壁面附近的溫度場(chǎng)；對(duì)流傳熱性能與流體流速緊密相關(guān)，動(dòng)電參數(shù)值小時(shí)，溶液濃度較低，此時(shí)雙電層的厚度較大，努賽爾數(shù)隨著zeta電勢(shì)的增加而減小。而當(dāng)動(dòng)電參數(shù)值大時(shí)，雙電層較薄，即使壁面zeta電勢(shì)增加，它對(duì)努賽爾數(shù)的影響也很小。此結(jié)果表明可通過(guò)人工調(diào)控壁面zeta電勢(shì)或改變?nèi)芤簼舛葋?lái)改善通道的流動(dòng)和傳熱性能，為實(shí)現(xiàn)壓力驅(qū)動(dòng)下微流道內(nèi)流體的精確操控、溫度控制以及散熱分析提供了依據(jù)。(2)研究了壁面滑移和動(dòng)電效應(yīng)兩種因素耦合作用下微流體流動(dòng)及傳熱特性，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用電勢(shì)分布的解析表達(dá)式，推導(dǎo)出流動(dòng)電勢(shì)及無(wú)量綱速度分布的解析表達(dá)式，將速度解代入能量方程，得到流道內(nèi)的溫度分布數(shù)值解。研究結(jié)果表明，流動(dòng)電勢(shì)阻滯流體流動(dòng)，降低流速，而壁面滑移促進(jìn)流動(dòng)，使流速增加并放大電黏效應(yīng)。在兩種效應(yīng)耦合作用下，定量分析了兩者對(duì)流動(dòng)及傳熱的影響大小，研究表明在流動(dòng)中，動(dòng)電效應(yīng)占優(yōu)，而在傳熱中，壁面滑移效應(yīng)占優(yōu)。在高壁面zeta電勢(shì)下，壁面滑移和動(dòng)電效應(yīng)對(duì)滑移流速及努賽爾數(shù)的影響相互抵消。耦合分析和量化計(jì)算所得結(jié)果表明，為增強(qiáng)微流道的輸運(yùn)效率和散熱性能，應(yīng)采用疏水材料；而增加zeta電勢(shì)，可大大改善疏水微流道內(nèi)動(dòng)電效應(yīng)對(duì)流動(dòng)和散熱性能的不利影響。(3)采用幾何形狀描述法對(duì)微流道內(nèi)的壁面粗糙度效應(yīng)進(jìn)行建模。構(gòu)造了矩形、三角形、圓頂形和鋸齒形等四種粗糙微流道模型，給出一種基于隨機(jī)函數(shù)構(gòu)造鋸齒形隨機(jī)粗糙元的方法。全面地分析了粗糙元形狀、間距和高度對(duì)速度分布、壓降、溫度分布、摩擦因子及努賽爾數(shù)的影響規(guī)律。研究結(jié)果顯示，壁面粗糙元的間隙區(qū)域有大量旋渦和回流，使壁面附近的流動(dòng)發(fā)生明顯改變，使主流區(qū)沿流動(dòng)方向的壓降增大，流阻增加。粗糙元的高度和密度會(huì)顯著影響微流體流動(dòng)及傳熱特性，粗糙元高度增加，對(duì)微流道傳熱及流動(dòng)均不利，而粗糙元密度增加，增大了散熱面積，微流道流阻增大但傳熱性能卻增強(qiáng)。該結(jié)果合理解釋了壁面粗糙度使努賽爾數(shù)增加的原因，對(duì)于人工粗糙元微流道散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。(4)最后還研究了壁面粗糙度及動(dòng)電效應(yīng)耦合作用下微流體的流動(dòng)與傳熱特性。結(jié)果顯示在粗糙微流道中，動(dòng)電效應(yīng)的存在使微流道流阻增大，而傳熱性能卻增強(qiáng)，指出動(dòng)電效應(yīng)引起的逆向擾動(dòng)是傳熱性能增強(qiáng)的原因。 

第 1 章 緒論

 

1.1  選題背景及意義

人類(lèi)研究的注意力也逐漸從宏觀物體開(kāi)始邁進(jìn)微小尺度領(lǐng)域內(nèi)的現(xiàn)象及其相關(guān)器件。其中微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)研究取得了許多重要成果，正被應(yīng)用于各種研究領(lǐng)域和工業(yè)過(guò)程。微機(jī)電系統(tǒng)是一個(gè)多學(xué)科交叉新領(lǐng)域，從廣義上講，MEMS 是由特征尺寸在亞微米至毫米范圍內(nèi)的電子和機(jī)械元件組成的微器件或微系統(tǒng)，它將傳感、處理與執(zhí)行融為一體，以提供一種或多種特定功能。MEMS的研究是機(jī)械科學(xué)的前沿領(lǐng)域，研究?jī)?nèi)容涉及微機(jī)械學(xué)、微電子學(xué)、微材料學(xué)、微摩擦學(xué)、微電磁學(xué)、微光學(xué)、微流體力學(xué)、微傳熱學(xué)、微動(dòng)力學(xué)、自動(dòng)控制、物理、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的前沿領(lǐng)域。MEMS 以其體積小、重量輕、能耗低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)以及集成高技術(shù)成果，有利于大規(guī)模生產(chǎn)而降低產(chǎn)品成本，使其在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、軍事和工農(nóng)業(yè)各方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。

微機(jī)電系統(tǒng)中的大量器件如微型散熱器、微泵、微閥、微混合器、微噴嘴、微生物芯片等的研究都涉及微流體技術(shù)(Microfluidics) 。Springer 出版的專(zhuān)業(yè)國(guó) 際期刊“Microfluidics and Nanofluidics”將微流體技術(shù)定義為：在微(納)米尺度下的物質(zhì)(包括分子與膠體)傳遞、動(dòng)量傳遞、熱傳遞，以及在傳輸反應(yīng)過(guò)程中的相關(guān)技術(shù)；而互聯(lián)網(wǎng)上維基百科全書(shū)將其定義為：在微尺度與介觀尺度上研究流體的行為，以及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，由物理、化學(xué)、微加工與生物技術(shù)等學(xué)科組成的交叉領(lǐng)域。

微流體技術(shù)以微機(jī)電加工技術(shù)為依托，筆耕文化傳播，主要以生命科學(xué)、分析化學(xué)和傳熱傳質(zhì)學(xué)為基礎(chǔ)，以微流道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征，主要研究微流道內(nèi)流體的流動(dòng)和控制。微流道是微流動(dòng)系統(tǒng)重要的組成部分之一，研究微流道內(nèi)的流體傳輸現(xiàn)象具有重要意義。

 

 

1.2  國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1  微尺度流動(dòng)與傳熱研究現(xiàn)狀

微尺度流動(dòng)的基礎(chǔ)研究最早可追溯到 1846 年，Poiseuille 描述了直徑為30-150 ?m 微管道內(nèi)的流體流動(dòng)，他采用液體為研究對(duì)象，并給出了流量、壓降與管道幾何結(jié)構(gòu)的關(guān)系式。1909 年，Knudsen 研究了玻璃毛細(xì)管中過(guò)渡流和自由分子流區(qū)域的氣體流動(dòng)。隨后 Gaede 最早利用平行平板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，平板間距為4?m，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)氫氣的流量比自由分子時(shí)的值減小了約50%，而壓力卻有所升高。1959 年，Lancet研究了微管道尺寸范圍為 0.58~0.64mm 內(nèi)空氣的流動(dòng)特性。研究發(fā)現(xiàn)管壁粗糙度對(duì)流動(dòng)阻力系數(shù)影響很大，其值約為水力光滑管內(nèi)計(jì)算值的兩倍。1981年，Tuckerman 和Pease對(duì)微尺度散熱進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性研究，他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：要顯著增加冷卻液的對(duì)流換熱系數(shù)，主要的途徑是減小通道的水力直徑；通過(guò)微通道的層流流動(dòng)換熱系數(shù)可能比常規(guī)通道內(nèi)湍流的換熱系數(shù)還要大。這表明，微通道中流動(dòng)和傳熱現(xiàn)象與常規(guī)通道中流動(dòng)和傳熱現(xiàn)象有顯著的差別。除非單純的導(dǎo)熱現(xiàn)象，所有的強(qiáng)制對(duì)流換熱現(xiàn)象都與流動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)，因此研究微通道中微流體的流動(dòng)特性與對(duì)流換熱是不可分的。

自Tuckerman和Pease之后，微尺度流動(dòng)與傳熱領(lǐng)域的研究成果如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)。Acosta等研究了水力直徑 0.38~0.96mm之間矩形微通道內(nèi)的層流和湍流的流動(dòng)換熱現(xiàn)象，從傳熱、傳質(zhì)的相似性推導(dǎo)出了傳熱關(guān)系式。Pfalher等以甲醇作為工質(zhì)研究了水力直徑為 45?m的硅基梯形微流道和 67um矩形微流道內(nèi)的摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)泊肅葉數(shù)(fRe)高于理論值。Celata分析了前人微管單相流動(dòng)換熱的研究結(jié)果，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在層流區(qū)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果同傳統(tǒng)流體理論一致，層流向紊流的轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)在 1800~2500 之間；而傳熱實(shí)驗(yàn)則表明傳統(tǒng)的傳熱關(guān)聯(lián)式對(duì)微流道不適用。Peng 等研究了水力直徑為0.133~0.367mm 矩形微流道內(nèi)水的流動(dòng)傳熱特性，發(fā)現(xiàn)流道的深寬比也是影響傳熱與壓降的重要因素。Xu通過(guò)對(duì)水力直徑為30到344微米的微通道、在雷諾數(shù)(Re)為 20 到 4000 范圍內(nèi)的研究結(jié)果表明基于連續(xù)流體假設(shè)的Navier-Stokes(N-S)方程仍然成立。Cheng 和 Wu的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明梯形微通道的阻力特性與無(wú)滑移條件下層流充分發(fā)展的不可壓縮模型的解析解一致，此結(jié)論也證明了去粒子水在水力直徑為 25.9?m時(shí)，N-S 方程依然有效。Qu 等通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)了水力直徑51到169微米梯形微通道中水的壓力驅(qū)動(dòng)流，測(cè)量了通道內(nèi)的壓降和流量，并同傳統(tǒng)層流理論結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)壓力梯度和流阻均高于傳統(tǒng)理論預(yù)測(cè)值。Baviere 等通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了二維微通道內(nèi)的對(duì)流換熱特性，通道高為200-700?m，雷諾數(shù)從200變化到8000，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)通道間距縮小時(shí)，努賽爾數(shù)(Nu)急劇減小，而泊肅葉數(shù)(fRe)同傳統(tǒng)理論值一致；他們分析認(rèn)為固液界面溫度的測(cè)量是造成此現(xiàn)象的原因，溫度誤差的大小決定了努賽爾數(shù)的準(zhǔn)確程度。

 

第 2 章 數(shù)學(xué)模型及求解方法

 

2.1 求解方法的選擇

2.1.1  解析解法

對(duì)上述控制方程及其邊界條件所組成的某些問(wèn)題，若為定解的，可視其數(shù)學(xué)表達(dá)式的性質(zhì)及其特點(diǎn)，結(jié)合相應(yīng)的物理參數(shù)，采用解析方法求解。常用的求解析法方法包括直接積分法、分離變量法、疊加法、小擾動(dòng)法、保角映射法、Laplace 變換及近似法等。解析解法的優(yōu)點(diǎn)在于，推導(dǎo)嚴(yán)格、表述清晰，所求解結(jié)果準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)，具有一般意義上的普遍性，各種影響因素清晰可見(jiàn)，是指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)值計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)。但是，解析解法僅用于某些特定的問(wèn)題，對(duì)復(fù)雜的高次方程或者耦合方程組，尚無(wú)法求其解析表達(dá)式。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)盡量用解析方法求解各類(lèi)問(wèn)題，特別是對(duì)那些復(fù)雜問(wèn)題，即使只得到一些局部結(jié)果，也具有極好的參考價(jià)值。

2.1.2  數(shù)值解法

近幾十年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及數(shù)值計(jì)算方法的進(jìn)展，通過(guò)計(jì)算程序?qū)��?fù)雜數(shù)學(xué)方程進(jìn)行求解已是一種普遍趨勢(shì)，此即數(shù)值解法。它在求解許多比較復(fù)雜的物理問(wèn)題上比較有效，數(shù)值解法適應(yīng)性很強(qiáng)，如果所選用的離散化方法和求解方法得當(dāng)，其計(jì)算結(jié)果也是相當(dāng)精確的。尤其對(duì)那些既難以用解析方法求解，又很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行研究的問(wèn)題，采用數(shù)值解法就成為對(duì)其進(jìn)行求解的唯一可行方式。數(shù)值計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1)  成本低。在大多數(shù)實(shí)踐應(yīng)用環(huán)境中，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算的成本比相應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究的成本低得多。另外，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，也可以用數(shù)值模擬結(jié)果指導(dǎo)具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程；

2)  效率高。對(duì)微流體流動(dòng)和傳熱的數(shù)值計(jì)算可以在較短時(shí)間內(nèi)研究多種模擬方案，并從中選擇出最優(yōu)方案，而相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究則需要耗時(shí)幾個(gè)月甚至更長(zhǎng)的時(shí)間；

3)  具有理想化的模擬計(jì)算能力。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)于某些特殊區(qū)域，實(shí)驗(yàn)研究存在測(cè)量上的嚴(yán)重困難。而數(shù)值模擬能提供整個(gè)區(qū)域內(nèi)所有物理變量的值，在計(jì)算中幾乎沒(méi)有不能顯示的數(shù)據(jù)。而且數(shù)值模擬可以在理想化的條件中進(jìn)行，可以專(zhuān)注于研究某一種基本的物理現(xiàn)象。而再精確的實(shí)驗(yàn)也很難達(dá)到理想化條件；

4)  能很好表現(xiàn)計(jì)算結(jié)果。通過(guò)數(shù)值計(jì)算軟件，能很好地對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示，可以看到物理現(xiàn)象的各種細(xì)節(jié)。數(shù)值模擬可以形象地再現(xiàn)流動(dòng)情景，與做實(shí)驗(yàn)沒(méi)有什么區(qū)別。

在微尺度流動(dòng)與傳熱研究中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別采用了多種不同的數(shù)值模擬方法，如有限體積法、有限單元法、有限差分法、格子波爾茲曼方法、分子動(dòng)力學(xué)方法、蒙特卡羅方法等。前三種基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，而后三種基于分子運(yùn)動(dòng)論。本文采用基于連續(xù)方程離散化的有限體積法進(jìn)行求解。

 

2.2  本章小結(jié)

本章是全文研究的理論基礎(chǔ)。首先給出了本文研究中所使用的微流道模型；在給定假設(shè)和近似條件之下，給出了微尺度流動(dòng)與傳熱研究的一般數(shù)學(xué)模型；接著介紹了常用的求解方法，結(jié)合流動(dòng)問(wèn)題的物理本質(zhì)以及多方調(diào)研，采用FVM方法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解，分析了FVM 的計(jì)算步驟。最后選擇Fluent商用軟件包作為模擬計(jì)算平臺(tái)， Matlab作為程序編制工具，為后續(xù)的理論計(jì)算和數(shù)值模擬奠定了基礎(chǔ)。

 

第3章  動(dòng)電效應(yīng)....................19

3.1  雙電層............19

3.1.1  雙電層模型 .........19

3.1.2  雙電層電勢(shì)分布..........22

第4章  壁面滑移效應(yīng)..............41

4.1  壁面滑移的影響因素.....42

第5章  壁面粗糙度效應(yīng)...............62

5.1  引言...........62

5.2  壁面粗糙度的表征方法簡(jiǎn)述..............66

5.3  粗糙度對(duì)微流道內(nèi)流動(dòng)特性的影響............69

 

第 5 章 壁面粗糙度效應(yīng)

 

5.1  引言

理想光滑的表面在現(xiàn)實(shí)中實(shí)際上是不存在的，使用任何方法加工的通道壁面都難免會(huì)存在一定的粗糙度。微流體器件大多選用三類(lèi)材料加工而成，一類(lèi)是單晶硅及其氧化物、玻璃、石英等硅基材料；第二類(lèi)是高分子聚合物材料，如 環(huán) 烯 烴 共 聚 物 (Cycloolefincoplymer,  COC ， 俗 稱(chēng) 塑 膠 ) 、 聚 碳 酸 酯(Polycarbonate,PC,  俗稱(chēng)工程塑料)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱(chēng)有機(jī)玻璃)和聚二甲基硅氧烷(PDMS，俗稱(chēng)硅膠)等；第三類(lèi)是金屬材料，如銅、不銹鋼、鋁等。前兩類(lèi)材料主要用于微流控芯片領(lǐng)域，金屬類(lèi)材料主要用于微流道散熱器等領(lǐng)域。硅基材料因其良好的化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性而被廣泛用于制造微通道，主要用光刻和刻蝕等成熟的半導(dǎo)體加工工藝來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)制造。聚合物材料因其價(jià)格便宜、制作過(guò)程簡(jiǎn)單、絕緣性好、生物兼容性好、光學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制造微流控芯片，其常用的制造方法有注塑法、激光刻蝕法、熱壓法、LIGA 技術(shù)等。金屬材料微通道一般采用電火花微加工技術(shù)，電解加工技術(shù)，準(zhǔn)分子激光加工技術(shù)等。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)各種材料制造的微通道表面粗糙度形貌進(jìn)行了大量的的實(shí)驗(yàn)研究。Andrea 等用電火花切割法加工制作了管徑為 400um的不銹鋼矩形微通道，并分析了壁面粗糙度形貌，根據(jù)德國(guó) DIN標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)得軸向平均粗糙度輪廓偏差值為 1.19um。申雪飛等通過(guò)二氧化碳激光加工設(shè)備在 PMMA 基片上直寫(xiě)刻蝕了三角形微通道，流道寬度和深度分別為170um和160um，此時(shí)水力直徑為80um，粗糙度高度為2.83um，則相對(duì)粗糙度為3.54%。黃道君等注塑法加工了 PDMS蓋片，所使用模具為塑料模具，并用原子力顯微鏡(AFM)觀察了其表面形貌.測(cè)得平均粗糙度為 1.697nm，可以看出，PDMS表面粗糙度比較小，表面較光滑。

 

第 6 章 總結(jié)與展望

 

6.1  全文總結(jié)

本文在綜述分析國(guó)內(nèi)外微尺度流動(dòng)與傳熱研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用理論計(jì)算與數(shù)值模擬為主的研究方法，對(duì)微流道內(nèi)的表面效應(yīng)現(xiàn)象所涉及的若干關(guān)鍵問(wèn)題建立了數(shù)學(xué)模型并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了深入分析，研究了壁面動(dòng)電效應(yīng)、邊界滑移及表面粗糙度對(duì)微流道流動(dòng)及傳熱特性的影響。已完成的主要研究工作簡(jiǎn)述如下：

第一章  闡述了本文的研究背景及意義，介紹了微流體器件的廣泛應(yīng)用范圍，綜述了前人在微尺度流動(dòng)與傳熱領(lǐng)域的研究成果，文獻(xiàn)分析表明表面效應(yīng)的影響非常顯著，再也不能忽略。針對(duì)表面效應(yīng)研究中存在的問(wèn)題，提出了本文的研究?jī)?nèi)容。

第二章 建立了本文研究所使用的微流道物理模型，給出了研究微尺度流動(dòng)與傳熱的一般數(shù)學(xué)模型，介紹了常用的問(wèn)題求解方法。選擇有限體積法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解計(jì)算，給出了問(wèn)題求解的步驟。

第三章 應(yīng)用雙電層理論，分析了微流道內(nèi)動(dòng)電效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)制，建立了考慮動(dòng)電效應(yīng)條件下微尺度流動(dòng)與傳熱的數(shù)學(xué)模型，雙電層電勢(shì)分布用Poisson-Boltzmann 方程描述，并將雙電層引起的電場(chǎng)力作為體積力項(xiàng)引入不可壓縮 Navier-Stokes 方程中，溫度分布用能量方程描述。在平行微流道中施加非對(duì)稱(chēng)邊界條件下，分析了動(dòng)電參數(shù)、壁面 zeta 電勢(shì)、上下壁面 zeta 電勢(shì)比及熱通量比等參數(shù)對(duì)電勢(shì)場(chǎng)、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及微流體傳熱性能的影響。指出上下壁面 zeta 電勢(shì)大小相同極性相反時(shí)，其引起的電場(chǎng)力相互抵消，動(dòng)電效應(yīng)消失；動(dòng)電效應(yīng)對(duì)微流動(dòng)起阻滯作用，且其影響強(qiáng)度跟電解質(zhì)溶液濃度、微流道特征長(zhǎng)度及壁面 zeta 電勢(shì)相關(guān)。由于對(duì)流傳熱性能與流體流速相關(guān)，動(dòng)電效應(yīng)通過(guò)影響流動(dòng)進(jìn)而影響溫度分布和微流道的傳熱性能，在低濃度溶液中，努賽爾數(shù)隨著 zeta 電勢(shì)的增加而減小，在高濃度溶液中，增加 zeta 電勢(shì)對(duì)努賽爾數(shù)的影響很小，其本質(zhì)原因是雙電層的厚度受到溶液濃度的影響。上下壁面施加不同的熱通量時(shí)，會(huì)明顯影響壁面附近的傳熱性能，其原因是壁面熱通量不同，溫度分布不同，進(jìn)而努賽爾數(shù)計(jì)算結(jié)果也不相同.

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