鲁聪达 薛 浩 吴化平 文东辉

浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室，杭州，310014

0 引言

微流控器件作为微电子机械系统（micro⁃electro⁃mechanical systems,MEMS）的一个重要分支，广泛应用于微量分析化学、生物医药、环境监测等领域［1⁃2］。微通道是微流控器件的介质传输基础。随着特征尺度减小，微尺度的流动、传质特性与常规尺度产生了很大差异，尤其是近壁面区域受随机粗糙度的影响，即使相对粗糙度较小，由此引起的微小扰动也能渗入主流区域，从而影响整个微通道内的流动［3⁃4］。

近年来，微通道壁面随机粗糙度对流体流动和传质的影响引起了研究人员的关注。RA⁃WOOL等［5］使用数值仿真方法研究了微通道壁面粗糙度几何形状、相对高度等因素对摩擦因数的影响，发现随着粗糙度峰值高度的增大，摩擦因子以非线性的方式增大。CHEN等［6］发现近壁面粗糙度的存在会使该区域产生流动涡流，造成壁面附近形成反压差分布，导致流体沿流动方向的流动阻力和压降增大。NATRAJAN等［7］采用mi⁃cro⁃PIV技术观测了水力直径为600 μm的铜质矩形微通道内流体的瞬态流场和压降变化，实验结果表明，粗糙微通道内的平均流速要高于光滑微通道内的平均流速，并且流速受摩擦因子的影响较大。YUAN等［8］研究了圆形微通道壁面粗糙度对层流流动的影响，结果表明，粗糙微通道的层流转捩系数小于宏观通道的层流转捩系数，微通道的摩擦因数大于理论值，且Po数随微通道相对粗糙度的增大而增大。……