1.1目的及意义

绝大多数固体和极性溶液接触时表面会发生电离，从而带有电荷，吸引溶液中的异性离子，排斥同性离子，影响了壁面附近溶液离子的分布，形成双电层（electric doublelayer，EDL）。如果施加一个平行于壁面的电场，双电层内带电离子在电场力的作用下带动周围液体运动，形成电渗流（electroosmotic flow，EOF）。

电渗流（EOF）具有高效、流型扁平、易于控制和系统集成等诸多优点，被广泛应用于微流控系统中流体的输送、混合反应以及分离等。随着生物芯片和芯片实验室技术的发展，对生物流体的操纵和分析具有广泛的应用前景。

因此，基于OpenFOAM的导电筒壁周围感应电渗流动的模拟研究具有一定理论意义和实际使用价值。

1.2基本背景

流体大致可以分为两种，一种是由小分子物质构成的。其特征是具有几乎不变的粘性系数，即应力和应变满足线性关系，成为牛顿流体。另一种是由大分子或者聚合物分子构成的。其应力应变不符合线性牛顿关系,往往具有记忆特性，人们称之为粘弹性流体或复杂流体。粘弹性流体是非牛顿流体力学、流变学和高分子物理的交叉领域,是塑料加工、药品、食品和各种化工生产过程中的流动介质。对粘弹性流动的研究不仅具有重要的学术价值,而且有巨大的工程应用需求。粘弹性流动数值模拟的目标是检验、应用理论模型和实验结果,实现对工艺过程的预测。在这个领域研究者面临的特有困难和巨大挑战就是粘性和弹性祸合的强非线性。发展稳定、高效、高精度的算法是一个迫切的需求,也是世界上一个活跃的研究领域。

近来年，随着计算机软硬件技术的进步，计算流体力学（ComputationalFluid Dynamics，简称CFD）作为流体力学的一个分支，发展迅速，日益得到广泛的应用。CFD技术是通过流体力学的基本理论，结合计算机技术和图像显示，对包含有流体流动和传热等相关物理现象的系统所做的分析。CFD方法可以看作是利用计算机进行各种数值试验，同传统的物理模型试验相比较，CFD不受场地、仪器、环境、资金等多因素限制，因而有较多的灵活性，很容易模拟特殊尺寸、高温、有毒、易燃等真实条件和物理模型试验只能接近而无法达到的理想条件。随着CFD数值模拟方法的不断发展，对于工程中常见的流动现象，过去只能靠试验手段才能得到的某些结果，现在已经完全可以借助于CFD技术的数值模拟来准确获取。因此，可以考虑在工程流体力学的教学中，将某些流动问题通过CFD模拟，直观展示流动现象，从而将抽象的概念、理论变成形象的画面。

此外，随着高速电子计算机日益广泛的应用，流体力学中诸如 N-S 方程的求解以及其它一些复杂的问题都希望能够通过计算机进行数值求解。目前，数值方法越来越受到重视，已成为流体力学理论研究和工程应用的重要手段。常用的数值方法有：有限差分法，有限元法，有限体积法，有限分析法，边界元法等，各种数值计算方法各有优缺点。在本课题中主要通过有限体积法来进行研究。

1.3国内外研究现状

1809年，俄国物理学家Reuss通过实验观察和研究分析发现了EOF现象。七十年后，Helmholt发展出了较完整的EDL理论：将电、流体流动相关参数和流动现象三者联系起来，详细描绘了EOF现象机理。波兰科学家Smoluchowski第一次得出了薄双电层的情况下EOF的滑移速度公式。