点面电极系统高频流体驱动机理  

A mechanism of fluid flow at high frequency in a point-plane electrodes system

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作  者:姜洪源[1,2] 任玉坤[1] 于东[1] 霍彦婷[1] 陶冶[1] Antonio Ramos 

机构地区:[1]哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001 [2]浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江杭州310058 [3]西班牙塞维利亚大学电子电磁实验室,塞维利亚41012

出  处:《哈尔滨工程大学学报》2011年第3期350-354,共5页Journal of Harbin Engineering University

基  金:国家自然科学基金资助项目(51075087);流体传动及控制国家重点实验室基金资助项目(GZKF-201004)

摘  要:为了研究交流电场作用下微流体高频驱动机理,以点面电极系统为基础,进行了高于驰豫频率范围的交流电动微流体驱动实验,发现了这一范围内的明显流体流动现象.指出电热效应是点面电极系统中产生高频微流体流动的主要因素,分析了电热效应对点面电极系统中电导率分布的影响.以点面电极系统中的电荷守恒方程、传导与扩散方程、Navier-Stokes方程以及热对流和传导方程为基础,对点面电极系统高频流体驱动过程进行耦合及数值仿真分析,给出了点面电极系统中电场、温度场以及速度场的分布曲线.分析了电压、频率等因素对于高频流体驱动速度的影响,并与实验结果进行了对比分析.结果表明,点面电极系统中,交流电热效应导致的点面电极之间的电导率梯度与电场的综合作用,是该系统高频流体驱动的主要因素,机理分析与实验结果具有较好的一致性.In order to analyze the mechanism of fluid flow at high frequency,the alternating current(AC) electrical field inducing fluid flow beyond the relaxation frequency was tested using the point plane electrodes system.The obvious fluid flow at this frequency was discovered.Electrothermal effect was shown to be the major factor of the fluid flow at high frequency in the point plane electrodes system,affecting the conductivity distribution.The process of fluid flow at high frequency was analyzed by coupling and numerical simulation methods based on the charge conservation equation,convection-diffusion equation,Navier-Stokes equation,heat convection and conduction equation,resulting in the electrical field,temperature field,and velocity field distribution in the point plane electrodes system.Fluid flow velocity against the voltage and frequency was analyzed and compared with the experimental results.The results show that the interaction of the conductivity gradient induced by electrothermal effect and the electrical field is the major function of the fluid flow at high frequency,and that the theoretical analysis and experimental results are consistent.

关 键 词:电动流体力学 交流电热 驰豫频率 电导率梯度 

分 类 号:TH302[机械工程—机械制造及自动化]

 

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