［本站讯］近日，山东大学数学与统计学院齐海涛教授团队联合哈尔滨工业大学、香港城市大学科研人员，在微尺度多物理场耦合传质研究中取得新进展。研究成果以"Control of axial dispersion in polymeric flows: Magnetic effect versus electro-osmotic effect"为题，发表于国际流体力学顶级期刊 Journal of Fluid Mechanics（JFM）。山东大学教授齐海涛、香港城市大学教授张蒙齐为共同通讯作者，哈尔滨工业大学（威海）副教授王晓平为第一作者。该研究得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金项目的支持。

微流控芯片中溶质轴向弥散直接影响微混合、分离分析与电泳效率。交变电场与磁场协同可形成磁流体动力学–电渗耦合驱动，为微尺度传质调控提供新机制；同时，微通道壁面的疏水滑移可改变表观zeta电势，使界面效应成为不可忽略的关键因素。然而，现有研究多针对牛顿流体，且普遍采用无滑移假设，粘弹性聚合物溶液在电–磁多物理耦合场下的溶质弥散主控机理仍待阐明。为此，本文研究了磁场与交变电场协同驱动下圆管内聚合物溶液的溶质轴向弥散规律，构建了可刻画电势场、速度场和浓度场瞬态演化的统一解析理论框架，并在模型中引入了以往常被忽略的界面滑移效应及滑移依赖zeta电势的动电耦合作用。

图1 平均速度等值线图(a) De= 0.1, Re =5; (b) De= 1, Re =5; (c) De= 1, Re = 30.

图2 圆管内溶质浓度分布随时间的演化

图3 平均浓度等值线图(a,d)分数阶Maxwell流体；(b,e)经典整数阶Maxwell流体；(c,f)牛顿流体

该研究取得系列新发现：在电动参数与哈特曼数构成的参数平面内，定量划分出电场主导、竞争过渡和磁场限制三类流动区域，并刻画了其边界随德博拉数、雷诺数等参数的演化规律（见图1）；磁场产生的反向洛伦兹力可使速度剖面趋于均匀，进而抑制溶质弥散，且该抑制效应在双电层较厚时最为显著（见图2）；将振荡雷诺数的研究区间由文献普遍采用的0.1–2拓展至1–50，揭示了弥散系数随雷诺数呈“先升后降”的非单调临界响应规律，并探讨了哈特曼数、德博拉数和电动参数等对该临界响应的协同调控作用；系统对比了分数阶Maxwell、经典Maxwell与牛顿流体的弥散行为，表明多场耦合条件下微观结构松弛特性对宏观溶质输运起关键作用（见图3）。上述结果可为微流控混合与分离提供新的调控参量。

《流体力学》(Journal of Fluid Mechanics)是英国剑桥大学出版社旗下的核心期刊，由著名流体力学专家George K. Batchelor于1956年创办，长期刊载流体力学领域最前沿的理论与应用研究成果，是业界公认的流体力学领域顶级期刊。