离子液体在非均匀微流控器件中依赖电荷的滑移流动：压降与电流变效应
流体动力学
2022-08-24 v2
摘要
本工作研究了在均匀带电狭缝收缩-扩张（4:1:4）微流控器件中，对称（1:1）电解质液体稳态压力驱动层流存在依赖电荷的滑移时的电流变效应。由泊松方程、能斯特-普朗克方程、纳维-斯托克斯方程与电流连续性方程组成的数学模型使用有限元方法（FEM）数值求解。获得了流场（电势、电荷、诱导电场强度、压降与电流变修正因子）并在宽参数范围内给出，参数包括逆德拜长度（K=2-20）、表面电荷密度（S=4-16）与滑移长度（0≤B_0≤0.20），固定施密特数（Sc=1000）与低雷诺数（Re=0.01）。流场显示出对控制参数的复杂依赖。相较于无滑移条件，依赖电荷的滑移进一步增强了依赖的复杂性。总电势（|ΔU|）最多增加 78.68%，压降（|ΔP|）最多减少 63.42%（相对于无滑移流动，在上述条件范围内）。电流变修正因子（Y=表观黏度与物理黏度之比）在无滑移（B_0=0）条件下增加 33.58%。在考虑的条件范围内，依赖电荷的滑移下其（Y）比无滑移流动最多增加 72.10%。基于各均匀段中的泊肃叶流与薄孔板引起的压力损失，建立了估算电流变流动中压降的简单解析模型。该模型对压降的高估比数值结果高 2-4%。最后，给出了描述数值结果对控制参数函数依赖的预测关系式，以供微流控器件设计与工程中的实际应用。
引用
@article{arxiv.2201.00605,
title = {Charge-dependent slip flow of ionic liquids through the non-uniform microfluidic device: pressure drop and electroviscous effects},
author = {Jitendra Dhakar and Ram Prakash Bharti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.00605},
year = {2022}
}