矩形微通道中非牛顿流体动态电渗流的数值分析

在连续介质流体力学框架下，对直流和交流电场作用下矩形微通道中典型非牛顿液体的瞬态电渗进行了数值分析。采用著名的幂律本构模型，将流体动力粘度表示为速度梯度的函数。利用有限元方法模拟了矩形微通道中电渗幂律液体流动的瞬态启动特性。在直流电场下，发现随着幂律液体流动行为指数的减小，流体对外部电场的响应更惰性，稳态速度分布变得更像塞状。数值计算还证实了广义Smoluchowski滑移速度的有效性，该速度在处理非牛顿幂律流体的电动流动时可作为经典Smoluchowski滑移速度的对应量。在交流电场下，随着流体行为指数的增加，流体在振荡过程中加速更明显，振荡速度的幅值更接近广义Smoluchowski速度的大小。这些动态预测对于设计操控非牛顿流体（如生物流体、聚合物溶液和胶体悬浮液）的微流控器件具有实际意义。