如何计算微流体流阻? 滑动摩擦力的“三维化”+ 查看更多
如何计算微流体流阻? 滑动摩擦力的“三维化”
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发布日期:2020-11-09 17:21
计算滑动摩擦力时,物体间接触的面仅为一个平面,而在计算微流体流阻时,流体与管道的接触面,常为一个圆环内侧面,或为四个平面。
如何计算微流体流阻?
在计算微流体流阻前,咱们先回忆一下滑动摩擦力的计算。

如何计算微流体流阻?
在计算微流体流阻前,咱们先回忆一下滑动摩擦力的计算。

在两物体接触面为一平面时,滑动摩擦力f的大小跟正压力成正比:f=μN(μ为动摩擦因数)。而在微流控里,当流体在毛细管中流动,接触面为毛细管内侧面,若将此内侧面展开,便是一个长方形;当流体在微流控芯片中流动时,芯片通道通常为矩形,流体体与芯片接触面为上下左右四个平面。将以上三种情况的阻力计算公式作对比,得到下表。
滑动摩擦力&微流体流阻计算公式表
滑动摩擦力&微流体流阻计算公式表

表中,将微流体流阻公式中的μ单独提出,其“形式”和滑动摩擦力公式非常相似,所以,将微流体流阻通过滑动摩擦力的“三维化”来理解,是一种快速理解流阻的方式。由上表还可知,微流体流阻,与管道长度(L)成正比,与d^4方(毛细管)或h^3·w成反比(芯片)。
流阻一定要计算出来吗?
很多时候,流阻都不用计算出具体数值的。
流阻还可以通过一个简化的公式计算:△P=R·Q(类似欧姆定律),其中,△P为压力差,R为流阻,Q为流量,压力差越大,流量越大,因为系统中的流阻,通常是恒定的。

在我们具体实操时,并不关心流阻数值,我们更关心流量的快慢与恒定,仅需要知道流阻是变大了还是变小了,便足以让我们搭建好系统。上文提到的流阻计算,可通过下面两张图来理解。


微流控系统的总流阻
一整个微流控系统中的流阻,其实就是系统中每一段流阻的累加。其中,毛细管产生的流阻属于外部流阻,是可控的,可根据流量需求进行调节;而微流控芯片中产生的流阻,属于内部流阻,一般不可改变。除此之外,系统中也会涉及到一些其它流阻,例如:系统中是否接上过滤接头,芯片中是否集成了过滤膜。
创立于美国硅谷的PreciGenome公司,专注于微流控系统的工具开发、系统设计及方案集成工作,拥有一批学术背景强、产业经验丰富的,包括机械、光学、材料学、影像分析、软件等方面的技术专家。
目前PreciGenome已经形成进样控制、芯片设计、连接管理、监测与检测系统在内的微流控研究及工业化全链产品。其产品被耶鲁大学,芝加哥大学,纽约大学,哈佛大学等众多欧美大学研究所使用。

创立于苏州的锐讯生物,作为PreciGenome在中国地区的全面战略合作伙伴,全面负责PreciGenome微流控产品线在中国的产品销售、应用开发与技术支持工作。

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