Research on the mass transfer and separation phenomena of species by oscillatory electroosmotic flows for a type of micro-nano fluids in a rectangular microchannel under high Zeta potential
Abstract
微流控技术凭借其微型化、高通量及低样本消耗特性,已成为化学传感、靶向药物递送与生物分子分离领域的核心技术.电渗流作为微流控中的关键驱动机制,通过周期振荡调制流场结构,能有效强化物质输运与分离效率.本文研究高Zeta势条件下矩形微管道中一类微纳米流体周期振荡电渗流的流动特性以及由此引起的物质输运及分离规律,分别利用有限差分法和数值积分方法给出双电层电势、速度场和浓度场以及时空平均质量输运率,分析壁面Zeta势、Debye长度、Womersley数、Schmidt数等相关参数对流体流动特性及由此引起的物质输运及分离机制的影响.研究表明：(1)速度分布受Womersley数调控显著：当Womersley数较小时,流动呈现准稳态塞状流,速度在通道中心均匀分布;随着Womersley数增大,惯性效应主导,速度分布出现相位滞后、剪切层及局部逆流区.(2)高壁面Zeta势增强电渗驱动力,但为维持固定潮汐位移会导致Peclet数减小.(3)浓度场分析显示,物质输运受对流-扩散平衡控制,浓度梯度高度集中于近壁区域,中心浓度梯度趋近于零;壁面Zeta势不对称时,浓度分布呈现空间非对称性,高壁面Zeta势一侧梯度更陡峭.(4)时间与空间平均质量输运率量化结果显示,输运率随Womersley数增加而提升,Schmidt数较大的物质(扩散系数小)输运率更高,且存在交叉现象;这表明在特定频率下具有不同扩散特性物质的输运率曲线相交,从而为实现物质分离提供了可能.
Fields of Study & Subjects
Microfluidic and Capillary Electrophoresis Applications
Microfluidic and Bio-sensing Technologies
Nanopore and Nanochannel Transport Studies
Publication details
- Journal / source
- Acta Physica Sinica
- Publisher
- Acta Physica Sinica, Chinese Physical Society and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences
- Volume
- 75
- Issue
- 7
- Publication date
- 1 January 2026