坐标变换法数值求解微通道双电层和复杂电渗流

【摘要】：双电层和电渗流是微流控芯片系统的基础问题。数值解是有效的分析手段之一。由于多物理场耦合和局部高梯度,数值解有很大的难度。本文提出一种新的坐标变换法数值求解Poisson-Boltzmann(P-B)方程,Navier-Stokes方程和电解质离子输运的Nernst-Planck方程研究微通道双电层和复杂电渗流。本文给出一系列算例,包括固壁面均匀和间断电位势,以及局部壁面高电位势的双电层和电渗流。原始坐标和坐标变换法的数值结果进行系统比较。计算结果表明,采用适当的坐标变换能有效缓解微通道壁面高电位时的双电层电位势,电渗流速度和离子浓度高梯度问题,有效改善数值解收敛性,稳定性,并大大简化网格结构,使得简单的网格也能得到原始坐标系复杂非结构网格相同的结果。