耦合激励信号的粘弹性流体微流动控制及机理研究

Microfluidic circuit, a kind of fluid manipulation components, emerges with the leading trend of miniaturization of the contemporary industrial instruments and is designed to realize the analog or digital functionalities similar to electronic circuit. The design of fluidic circuit usually requires flow with nonlinearity, which significantly limited the application of earlier design in the micro scale. From the viewpoint of introducing flow nonlinearity, an innovative idea using viscoelastic fluid as the working fluid to accomplish the analog or digital functionalities of microfluidic circuit has been proposed presently. This project is study the coupling mechanisms of vicoelastic fluid and external stimulation.signal. Specifically, the research contents include the following four aspects: (1) Experimentally and numerically investigating the influencing mechanisms of microstructures pre-stretching on the viscoelastic fluid flow; (2) Experimentally and numerically investigating the influencing mechanisms of viscoelastic fluid properties on the viscoelastic fluid flow; (3) Experimentally and numerically investigating the responding mechanisms of viscoelastic fluid flow to external stimulation; (4) Designing microfluidic circuit with the required functionality. This project aims at exploring novel techniques for microfluidics by means of introducing viscoelastic fluids. The research achievement is bound to be of great.values from the academic and industrial application viewpoints.

微流控电路是随微纳尺度流动应运而生的一种流体操控元件，用来实现类似电子电路中模拟或数字操作的功能。流体电路的核心在于流动的非线性，这使得早期的流体电路无法在微尺度下实现。从引入流动非线性的角度，本项目提出应用粘弹性流体作为微流控电路的流动工质，以实现微流控电路中特殊元件功能这一创新性思想。本项目主要研究微尺度下粘弹性流体和外部激励信号的耦合作用机理。具体内容如下：（1）实验和数值模拟研究微通道结构对粘弹性流体微流动的影响规律及机理；（2）实验和数值模拟研究耦合不同微通道结构时粘弹性流体物性对其微流动的影响规律及机理；（3）实验和数值模拟研究粘弹性流体流动对于外部激励的响应规律及机理；（4）利用所得规律设计可实现特定功能的微流体电路控制元件。本项目旨在探索基于粘弹性流体的非线性微流控技术，为未来微流控电路产业化提供技术支撑，研究结果具有重要的学术和工业应用价值。

微流控电路是随微纳尺度流动应运而生的一种流体操控元件，用来实现类似电子电路中模 拟或数字操作的功能。流体电路的核心在于流动的非线性，这使得早期的流体电路无法在微尺度下实现。从引入流动非线性的角度，本项目提出应用粘弹性流体作为微流控电路的流动工质，以实现微流控电路中特殊元件功能这一创新性思想。本项目主要研究微尺度下粘弹性流体和外部激励信号的耦合作用机理。具体内容如下：（1）实验和数值模拟研究微通道结构对粘弹性流体微流动的影响规律及机理；（2）实验和数值模拟研究耦合不同微通道结构时粘弹性流体物性对其微尺度流动的影响规律及机理；（3）实验和数值模拟研究粘弹性流体流动对于外部激励的响应规律及机理；（4）利用所得规律设计可实现特定功能的微流体电路控制元件。本项目旨在探索基于粘弹性流体的非线性微流控技术，为未来微流控电路产业化提供技术支撑，研究结果具有重要的学术和工业应用价值。.通过本项目研究，在粘弹性流体高魏森贝格数条件下数值模拟方法、粘弹性流体弹性失稳机理、弹性湍流特性及机理、弹惯性湍流特性及机理、弹惯性湍流与减阻湍流之间的关联特性及机理、粘弹性流体在泊肃叶流动中对不同外部激励信号的响应特性及机理、十字槽道中粘弹性流体流动对外部激励的响应特性及机理、应用粘弹性流体在微尺度通道中实现电路功能（“逻辑与”、振荡器、交直流转换器等）、微尺度通道内粘弹性流体弹性失稳强化换热等方面取得了系列重要研究成果，已发表学术论文27篇，其中SCI检索论文17篇（见附件），培养博士后1名（见附件）、博士生4名，其中2名已毕业（见附件）、硕士生1名。