微流道瞬态响应特性的仿真与研究

吴雯婷，梁忠诚，仉 乐

(南京邮电大学光电工程学院,江苏南京 210023)



微流道瞬态响应特性的仿真与研究

吴雯婷，梁忠诚，仉 乐

(南京邮电大学光电工程学院,江苏南京 210023)

主要研究在无弹性直流管道中由等效流阻与等效流感所引起的瞬态响应特性，验证电路理论与微流体系统在瞬态条件下的一致性。利用COMSOL仿真软件分别模拟了直流管道与T型管道中流体的运动，得到了液体从启动到达稳态的整个时间响应过程。理论推导了T型管道的阻抗值与时间常量。从仿真结果可以知道，流路的瞬态响应与等效RL电路的零状态响应完全类同，时间常量为系统总流感与总流阻的比值，证实了等效电路理论在微流控系统瞬态响应器件的设计中是准确可行的。对典型的T型流道的分析表明，时间常量与流道的长度参数无关，只与流体属性以及流道的横截面尺寸有关。

微流控系统；等效电路理论；流感；流阻；COMSOL；瞬态响应

0 引言

微流控系统目前已经有很多成熟的应用[1-3]，但是往往在设计和研究时并不会用流体物理基本方程来直接计算，而是借助于计算流体动力学(CFD)这样的计算机仿真。但是CFD的使用在人力资源以及硬件资源方面要求甚高，对于很多复杂的微流体系统并不实用[4]。为了降低微流控系统的设计难度，提高设计效率，很多研究者利用流体方程与电路方程类比的方法，得出了流体属性间的简单关系式[5]。流阻Rh等于施加压力(电压)与所得体积流量(电流)的比值，是在驱动流体流动中平衡总剪切应力时消耗的能量，即所施加的压力梯度等同于克服流体摩擦损失所需的能量[6-7]。……