微管道中具有自由面非牛顿流体电渗流动的不稳定性

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11202092
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0905.多相流、渗流与非牛顿流体力学
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

Microfluidic devices have become important due to their applications in micro-electro-mechanical systems (MEMS) and microbiological sensors. When an electrolyte comes in contact with a microchannel wall in which the fluid flows, it will result in a charge transfer between the electrolyte and the wall, depending on the chemical composition of the microchannel and the electrolyte chemical processes at the surface. The surface charge leads to the formation of an electric double layer (EDL) by influencing the distribution of counter-ions and co-ions in the liquid phase. When an electric field is applied tangentially along the charged surface, it will exert a Coulombic force on the ions within the EDL. The migration of the mobile ions will carry the adjacent and bulk liquid phase by viscosity, resulting in an electroosmotic flow (EOF).Now the EOF is widely used in the fields of biology, chemistry and medicine.Currently studies are mainly concerned with Newtonian fluids. However, microfluidic devices are often open and it is usually used to analyze biofluids, which are often solutions of long chain molecules which impart a non-Newtonian rheological behavior. Thus we have to consider the EOF of non-Newtonian fluid with a free surface. By theoretical analysis and numerical computations, taking the microfluid with a free surface as non-Newtonian thin film, using lubrication approximation, we will derive the evolution equation of the non-Newtonian thin film. Furthermore, the EOF instability of the non-Newtonian fluid will be studied.
微流体在微电子系统(MEMS)和生物传感器领域有很重要的应用。当电解质与微管道管道壁相互接触时,就会引起壁面与电解质之间的电荷交换。表面的电荷通过影响流体中阴离子和阳离子的分布形成了双电层 (EDL)。受外加电场的作用,双电层 (EDL) 中的离子将会受到库伦力的作用而运动。由于流体的粘性,可以移动的(自由)离子将会带动附近流体微团运动,最终形成了电渗流 (EOF)。现在电渗流被广泛地用于生物、化学和制药领域。目前对电渗流动的研究主要局限于牛顿流体,但微流体装置常被用来分析生物流体,这些流体经常是长链分子的非牛顿流体,并且是在开的微管道中进行的,这样就必须考虑自由面非牛顿流体电渗流问题。本项目通过理论分析和数值计算,将具有自由面的微流体当做非牛顿流体薄膜来处理,利用润滑近似导出幂律流体和粘弹性流体薄膜高度满足的时空演化方程,进而研究它的电渗流动的不稳定性问题,揭示其不稳定性机理。

结项摘要

本项目研究了微管道中具有自由面上随体Maxwell流体电渗流动的不稳定性和非牛顿流体电渗流动问题。对于上随体Maxwell流体,得到了描述自由表面运动的Orr-Sommerfeld特征问题方程。运用线性稳定性理论分析了表面长因子(增长速率)对线性黏弹性(上随体Maxwell模型)流体电渗流动的影响。对于具有自由表面幂律流体电渗流动的不稳定性以及高zeta势下具有自由表面非牛顿流体的稳定性问题,因为此类问题具有较强非线性效应,寻找解析解较为困难,此研究内容做了相应的调整。此外,本项目执行期间除了研究电渗流自由面不稳定性外,还研究了线性黏弹性流体(包括广义Maxwell流体和Jeffreys流体)在不同微管道(包括一维平行板、圆形、圆环和二维半圆形)中周期/瞬时电渗流动,得到了无量纲速度和体积流率的解析表达式。另外,本项目还研究了垂向磁场作用下,平行微管道内Jeffreys流体的非定常电渗流动和具有正弦粗糙度的平行微管道间牛顿流体的电磁流动,得到了受磁场强度相关的无量纲参数Ha等影响的速度表达式和受粗糙度影响的平均速度(体积流率)。

项目成果

期刊论文数量(26)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
二元Maxwell混合气体Boltzmann H定理的一般化(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    安徽师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田红晓;刘全生;阿其拉图
  • 通讯作者:
    阿其拉图
平行板微管道间Jeffreys流体的周期电渗流动研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    内蒙古大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王鑫;刘全生;杨联贵
  • 通讯作者:
    杨联贵
切变纬向流中β效应与缓变地形Rossby波
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    宋健;刘全生;杨联贵
  • 通讯作者:
    杨联贵
Alternating current (AC) electroosmotic flow of generalized Maxwell fluids through a circular microtube
广义麦克斯韦流体通过圆形微管的交流 (AC) 电渗流
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    International Journal of Physical Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Quan-Sheng Liu;Yong-Jun Jian;Long Chang;Lian-Gui Yang
  • 通讯作者:
    Lian-Gui Yang
基于KAM理论的频率映射分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    内蒙古大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张瑞岗;杨联贵;刘全生
  • 通讯作者:
    刘全生

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其他文献

PDCD5调控的p53动力学分岔分析
  • DOI:
    10.13484/j.nmgdxxbzk.20160601
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    内蒙古大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    毕远宏;杨卓琴;刘全生
  • 通讯作者:
    刘全生
胜利褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理分析
  • DOI:
    10.13225/j.cnki.jccs.2018.0514
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵波庆;李娜;陈琛;史肃龙;班延鹏;宋银敏;何润霞;刘全生
  • 通讯作者:
    刘全生
碳纳米管对水体有机污染物的吸附研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    化工新型材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高静;徐殿斗;马玲玲;陈扬;刘全生
  • 通讯作者:
    刘全生
完整Coriolis力作用下的二维非线性Rossby波
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    地球物理学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹晓军;杨联贵;刘全生;张瑞岗
  • 通讯作者:
    张瑞岗
完整Coriolis力作用下带有外源强迫的非线性ZK方程
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    高校应用数学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹晓军;杨联贵;刘全生;苏金梅;吴国荣
  • 通讯作者:
    吴国荣

其他文献

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刘全生的其他基金

2023年全国动力学与控制学科高峰论坛
  • 批准号:
    12342007
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    5 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
多尺度地形及时变流调制作用下的大尺度涡流机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
多尺度地形及时变流调制作用下的大尺度涡流机制研究
  • 批准号:
    12262025
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    32.00 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
具有粗糙壁面微管道内非牛顿流体的电渗/电磁流动
  • 批准号:
    11562014
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    42.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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