幂律流体在圆形管道中的电渗流动及热传导

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目前,随着微电子机械系统传感器和微型泵这样的微型设备的迅速发展,微流体在这些设备中的传热现象已成为非常有吸引力的研究领域.其中,具有流动方式连续、结构简单等特点的电渗流(electro-osmoticflow,简称EOF)微泵不仅在微机电系统有应用,而且在医疗药物运输、两相流制冷技术、宇航科技中也都有非常广阔的应用前景.另外,作为新型清洁能源的直接甲醇燃料电池已经成为当前的热点研究课题,其内部水的迁移和甲醇的渗透与电渗作用密切相关.从而,深入透彻的研究微尺度管道内EOF流动特性不仅可以为这些现代高新技术的应用和发展奠定基础,而且还对提升燃料电池内物质传输和改善燃料电池性能具有重要的理论指导意义.  这篇文章主要研究了非牛顿幂律流体在圆形微管道中的电渗流动及其热传导过程.为了描述电渗流的焦耳热问题,通过使用Poisson-Boltzmann方程,柯西动量方程和能量方程建立了一个严格的数学模型.经过计算得到流体的无量纲速度和无量纲温度的半解析解.并分别通过Romberg数值积分法和有限差分法计算了流体的速度剖面和温度的分布图.结果表明:流体速度的变化剖面完全依赖于流体的行为指数n和无量纲电动宽度K.对于给定的电动宽度K,流体的速度随着行为指数n的减小而增大,同样对于给定的行为指数n,流体的速度随着电动宽度K的减小而增大.此外,流体的无量纲温度由行为指数n,无量纲电动宽度K和焦耳热参数G来控制.而且还研究了流体的温度随着不同参数的变化而变化的情况.
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