一、NUMERICAL SIMULATION OF TRANSVERSE DIFFUSION IN A MICROCHANNEL（论文文献综述）
田跃[1]（2021）在《Koch分形被动式微混合器的数值模拟与CO2激光制造研究》文中研究说明微流控芯片（Lab-on-a-chip）是属于微机电系统（MEMS）的一个分支,又被称为微全分析系统（Micro Total Analysis System,μ-TAS）。随着微机械加工技术的进步,它在许多领域得到了广泛的应用。微混合器是生物和化学领域中实现流体在微尺度空间快速高效混合的重要设备。一般来说,由于微混合器尺寸的影响,微通道内的流体以层流为主。特别是当雷诺数较低时,分子扩散作用是影响微通道内流体混合的主要因素。通常情况下分子的扩散效率很低,这会增加微通道中流体的混合时间,不利于微混合器在生产、生活中的实际应用。因此,研究设计更多的微混合器种类,提高微混合器的混合效果,对微混合器的发展具有重要意义。本文根据近年来国内外被动式微混合器的发展现状,结合大量研究人员的研究,介绍了微流控芯片领域的发展现状,描述了微混合器的基本理论知识以及在有限元模拟过程中的微通道的控制方程。总结了微通道中流体的混合方式,分子扩散和混沌对流。根据是否有外部驱动装置,微混合器可以分为主动式和被动式两种。主动式微混合器主要通过外部装置来驱动或扰动微通道中的流体,使微通道中的流体产生对流效应,从而促进流体的混合。被动微混合器主要通过微通道本身的几何形状或在微通道中增加障碍物的方式,增强流体之间的分子扩散作用或混沌对流效应,以此促进流体的混合。由于Re数取值在0到200范围内,所以微混合器中的流体属于层流流动。为了提高微混合器的混合效率,将Koch分形原理应用于被动微混合器的设计中,改善了微混合器中的混沌对流现象,促进了微通道中流体的混合。在研究中,通过不断优化微混合器中挡板的设计,将几个独立的挡板包含在同一个挡板组内,并调整挡板组或挡板组中每个挡板的结构,这包括分形的次数、挡板的高度和角度以及挡板的分布。例如,在每组挡板包含三个单独的挡板的数值模拟中,根据挡板高度,排列了六种组合的微混合器结构,通过大量的数值模拟,选择了混合效率最好的组合。然后还通过一个灵活的、低成本的CO2激光加工系统,制造了以PMMA为基底的符合Koch分形原理的微混合器。通过改变加工次数、加工功率、加工速度等因素,研究了CO2激光加工系统的参数对微通道质量的影响。然后,通过热键合机,对加工好的PMMA材料粘合,通入流体。最后,将数值模拟与实验结果进行了验证,两者的结果在误差范围内,表明了仿真结果的准确性。
陈静娴[2]（2021）在《空气自呼吸微流体燃料电池两相流动特性与振动效应的耦合研究》文中提出随着移动通讯技术的快速发展,便携式电子设备已成为人们日常生活不可或缺的一部分,各类高性能电子设备的发展对微型移动电源的高功率输出与待机时间提出了高要求。微流体燃料电池以其清洁、高效等特点被认为是未来便携式电源可持续发展的重要方向,也是解决环境污染问题的理想途径。此外,它能够满足延长工作时间和电源体积小型化的要求,在电流密度方面与宏观电池系统相当,具有广阔的应用前景。目前对于微流体燃料电池的研究尚处于理论分析的阶段,为加速其投入商业化应用,必须考虑其在实际应用场景中所受环境或其自身固有振动影响。便携式电子设备随着人体的活动受到震荡,故而电池会在各种干扰力下运行,电池内部流体因振动效应产生交叉混合。此外,当以有机燃料作为还原剂参与电化学反应时生成的二氧化碳（CO2）气体会对平行层流造成扰动,引起对流混合和燃料渗透。因此气液两相流和振动效应是燃料电池实际应用中需要考虑的两个重要因素,而目前对微流体燃料电池的理论研究工作十分有限,尚不能较好地为性能提升与结构优化提供理论依据。针对以上问题与不足,本文立足于剖析基于振动和气液两相流耦合效应下的微流体燃料电池内部流体流动与物质传递的机理,分别构建了忽略气相物质存在的单相与假设气相物质存在的两相微流体燃料电池数值计算模型,对耦合振动效应下电池运行时内部流体流动状态与物质传输特性进行了模拟研究,主要研究内容包括:（1）分别构建了三维单相平面阳极与可渗透阳极的空气自呼吸微流体燃料电池数值模型,对重力效应及主要结构参数进行了综合分析,并对主要影响因子进行标准化灵敏度分析;（2）构建了基于相场模型的两相微流体燃料电池模型,模拟了不同运行工况下CO2气泡的生长与迁移过程,同时预测了不同时刻下电池性能响应;（3）构建了基于欧拉-欧拉模型并耦合振动效应的两相平面阳极微流体燃料电池模型,模拟了振动干扰时电池内部流体流动状态,参数化分析了振动与主要运行参数对电池性能与气液两相流动的影响;（4）构建了基于振动与气液两相流耦合效应下的可渗透阳极微流体燃料电池计算模型,预测振动效应对电池性能及两相流动特性的影响,评估其在振动与两相流耦合效应下的性能响应。本文主要研究成果如下:（1）对于平面阳极微流体电池而言,重力效应对其速度场与燃料浓度分布有显着影响,增大进液流量能够减轻重力效应在入口段速度域的干扰;随着电池放置角度从0?增加至30?,平面电极电池的电流与功率密度输出逐渐增大,当旋转角度超过30?时,电池功率输出逐渐降低;相较于平面阳极微流体燃料电池,具有可渗透电极的微流体燃料电池在重力效应作用下也能够维持稳定的功率输出,且电池性能基本不受旋转角度的影响。（2）伴随着电化学反应生成的CO2气泡会减少阳极活化反应面积,阻碍燃料传输,增大欧姆内阻,降低电化学反应速率,从而削弱电池性能;接触角的增大能降低气体与通道壁的粘滞程度,加速气体的扩散,及时为电化学反应提供活性反应位点,使得燃料能够及时参与电化学反应。（3）振动效应极大影响微流体燃料电池的性能。振动强度和振动频率的持续增大加剧了燃料的交叉混合,延缓了气相物质的扩散流动,并且寄生电流密度在总电流输出中所占比例增大,严重削弱电池电流与功率输出。（4）进液流量的增加能够在一定程度上抵御振动效应带来的影响,限制燃料的交叉混合,同时加速气相的流动,但是会造成燃料的浪费,进液流量与燃料浓度的最佳供给是提高电池性能和牺牲燃料利用率之间的一种折衷。（5）燃料利用率与电流密度密切相关,?效率与功率输出成正比,提高电池电化学反应速率是提高燃料转化效率,促进微流体燃料电池可持续发展的有效途径。（6）相较于平面阳极电池,具有可渗透阳极的空气自呼吸微流体燃料电池抗振性能较优异,当振动加速度度超过0.5 m s-2时,平面阳极微流体燃料电池濒临失效,而可渗透阳极电池在振动加速度为6.0 m s-2的紧急制动工况下依旧能有效运行。
冯嘉[3]（2021）在《基于微纳流控技术的二氧化碳-癸烷体系的相行为及传质研究》文中提出微纳流控技术具有实时可视化和微纳尺度等优点,对于探究二氧化碳驱替过程中的相行为和传质特性以实现采收率的提高有着重要的意义。因此,本课题基于微纳流控技术探究了二氧化碳-癸烷体系的相行为及传质机制:首先,基于微纳流控技术测量了微/纳米尺度下二氧化碳-癸烷体系的最小混相压（MMP）并探究了混相机制。通过表征微纳米封闭通道中癸烷的荧光强度变化,测量和比较了 5 μm尺度和50 nm尺度下二氧化碳-癸烷体系的最小混相压。发现50 nm尺度与5μm尺度下的最小混相压均在293.15 K时为5.4 MPa和303.15 K时为6.4 MPa。并通过理论计算发现在50 nm尺度下最小混相压偏移仅为0.17%。而在5 nm尺度下最小混相压偏移达到了 2.5%,即发生纳米受限效应。其次,利用自制的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）芯片测量了二氧化碳-癸烷体系的传质系数并探究了传质机制。实验发现,传质系数随气相流量和液相流量的增大而增大,同时随着环境温度的升高,传质系数也相应升高。在气相流量范围为0.6-1.2 mL/min和液相流量范围为0.1-0.4mL/min时,25℃、30℃和35℃下液侧体积传质系数kLa范围分别为 1.0-4.5 s-1、1.0-5.8 s-1 和 1.0-6.8 s-1。最后,基于微流控芯片模拟了地层中的二氧化碳驱过程并研究了驱替机理。通过分析实验照片中残余油的面积可以得到采收率。实验表明驱替压力越大,二氧化碳非混相驱的效果越好。在0.1-0.3bar驱替压力下非混相驱的采收效率范围为60%-82%,而对于56.9 bar驱替压力下的混相驱几乎可以实现100%的驱替效率。
周东健[4]（2021）在《微小通道结构对传递特性影响的研究》文中研究表明微化工技术是近20年间兴起的以安全、高效、节能与环保为目标的化工前沿技术,其中微通道反应器是这一前沿技术的核心,是集传质、传热和反应于一体的高效部件。微通道反应器作为一种过程强化技术,它的出现给化工行业带来了新的活力与挑战,同时符合了当今社会可持续发展的战略目标。微通道反应器内通道的特征尺寸一般处于亚微米到亚毫米之间,特征尺度的微型化相比于传统的反应设备展现出了众多的优点,同时也为传质、传热以及放大的规律研究带来了巨大的困难,虽然已有很多的学者通过各种方式对其进行了大量研究,但目前尚未对这些传递过程的规律建立统一的评价标准和测量方法,这使得微通道的研究进展较为缓慢。本文通过使用CFD模拟的方法研究了波形微通道内的传递特性,并对波形微通道的放大策略进行了初步探索。本课题的主要研究内容如下:通过使用CFD模拟的方法对波形微通道内二次流的形成与发展进行了研究,直观地描述了不同Re数时通道内的二次流漩涡形态,并分析了不同二次流形态对宏观混合性能的影响。通过改变不同的扩散系数,研究了不同流体性质对波形微通道混合性能的影响。为了进一步提高微通道混合性能,以压降为评价指标,对通道结构进行了改进与优化,分别研究了圆波形微通道半径R和椭圆波形微通道半轴长比a/b对混合性能的影响。在圆形波微通道下,混合性能和压力损失随着波半径R的减小而增大;在椭圆波形微通道下,随着半轴长比a/b的减小,混合性能先增大后减小,当a/b=0.75时,其混合性能优于其它结构,通过考察通道的平均De数发现,混合性能随着De数的增加而增大。当a/b=0.75时波形微通道的混合性能最大增加了38%,而压降却降低了15%。为了进一步验证这一规律,对圆波形微通道进行了等比例放大,同样发现,在通道的平均De数最大时,通道的混合性能最佳。通过采用恒定上下壁面温度的边界条件,用平均Nu数的大小来表征波形微通道的传热性能,模拟了二次流对波形微通道中传热性能的影响,当二次流尚未生成或强度较低时,平均Nu数较小且不变,随着二次流强度的增大,平均Nu数逐渐增大,传热性能增加。在此基础上,进一步研究了圆形与椭圆波形微通道结构对传热性能的影响,发现不同的结构对混合性能的影响较大,但对传热性能的影响较小。最后探索了波形微通道尺寸放大对传递性能的影响,分别对微通道出口尺寸进行了一维度与二维度的放大,在相同的流量下,尺寸的增加均不利于混合与传热,但是通过增加流量的方式,使得大尺寸的微通道得到较好的混合与传热性能。
宋乐[5]（2021）在《T形微通道中电动流的流动不稳定现象研究》文中进行了进一步梳理近几十年来,随着微制造技术的快速发展,在微米尺度下操控流体的微流控技术在化学和生物医学分析等领域获得了广泛的关注。在微流控设备中,电场驱动方式由于具有减少样品分散、易于自动控制和芯片集成等优点,经常被用于流体和样品的输送。由于低雷诺数下的强粘性效应,微通道中的电动流往往是稳定的。但在足够强的电场下,流体中的某些性质梯度（如电导率和介电常数梯度）或流变特性会导致流动不稳定现象的出现。对微通道中的流动不稳定现象的研究不仅对微流控的基础研究具有重要意义,而且与诸如样品混合等实际应用也密切相关。本文采用实验、理论和仿真相结合的方法,对T型微通道中电动流的流动不稳定现象进行了更为深入且系统的研究。本文的主要研究工作和创新点总结如下:第一,基于T形微通道中铁磁流体（含有磁性纳米颗粒的胶体悬浮液）和去离子水交界处的电动不稳定现象,本文建立了一个适用于小深宽比微通道中流体流动的二维深度平均模型。该模型以通道的深宽比作为小参数进行了二阶渐近分析,考虑了顶部和底部通道壁对微通道中电荷、流体和质量传输的潜在影响,可以较为准确地预测具有较小深宽比的微通道中的电动不稳定现象以及开始出现不稳定波动的阈值电场。第二,为了研究流体电导率匹配的情况下其他流体性质是否以及如何引起电动不稳定现象,本文对电导率相同的铁磁流体和磷酸盐溶液在微通道中的电动共流现象进行了实验和仿真研究,并提出了该不稳定现象的发生机制,即,两流体之间产生的流动不稳定现象主要是由铁磁流体纳米颗粒和缓冲液离子之间不匹配的扩散系数在流体界面附近形成的局部电导率梯度引起的。第三,考虑到电动方法已被广泛使用并已成为操纵流体和细胞的有利工具,但在较强的焦耳热效应下对微流体系统进行详细研究的文献还相对较少,本文研究了焦耳热效应对由强电导率梯度引起的电动不稳定现象的影响,并建立了一个二维深度热模型来理解和分析实验现象。分析结果表明,焦耳热引起的流体温度的升高会使部分流体性质发生变化,从而会在一定程度上抑制流体中的电动不稳定现象。最后,考虑到当前对电渗流的流动不稳定现象的研究主要集中在牛顿流体上,仅有少量研究是针对非牛顿流体开展的,本文还使用聚环氧乙烷（Polyethylene oxide,PEO）缓冲溶液研究了具有电导率梯度的粘弹性流体中的电动不稳定现象。实验和仿真结果的对比分析表明,PEO聚合物的添加不仅会改变产生电动不稳定现象的阈值电场,还会影响电动不稳定波的波速和波频率。另外,本文还通过T形微通道系统地研究了流体的流变特性对聚合物溶液中电弹性不稳定现象的影响。实验结果表明,当直流电压超过某一阈值时,具有强剪切稀化特性的聚丙烯酰胺和黄原胶溶液中会出现电弹性不稳定现象。本文对观测到的电弹性不稳定波的波参数进行了定量分析,并使用聚丙烯酰胺溶液进一步研究了聚合物浓度、缓冲液浓度以及通道尺寸对流动不稳定现象的影响。
骆洋[6]（2021）在《歧管式微通道内气液流动沸腾换热的数值模拟与实验研究》文中认为近几十年来,高功率电子设备快速上升的功率消耗对散热提出了更高的要求,相比于常规尺寸的换热器,微通道换热器因其紧凑结构和优秀性能得到了工业界和学术界的重视。歧管式微通道（Manifold Microchannel,MMC）热沉是微通道热沉中的一种特定结构设计,同时具备优秀的换热性能与较低的压降损失。虽然目前微通道沸腾散热技术研究广泛,但是对MMC流动沸腾的研究尚有很大不足。本研究计划通过开发流固热耦合微尺度相变求解程序,设计装配MMC热沉实验测试系统,对MMC的换热压降特性以及两相流型规律进行数值和实验研究。本文首先构建开发了数值求解程序,通过二维方腔热毛细流动、二维非平衡液滴复原、螺旋盘剪切流、加热面单气泡生长等验证算例,对两相流相界面捕捉重构、表面张力、相变模型等方面进行了讨论和验证。随后,针对矩形截面微通道内的饱和流动沸腾现象,本文不仅对单气泡沸腾生长过程进行了工况变量分析,而且针对环形流动沸腾进行了微通道尺寸参数变化时的流动与换热对比。结果显示矩形微通道加热面出现气泡生长时有助于强化传热,而提升入口Re数、改变换热面的亲水性、使两个生长的气泡融合等措施能够显着提升气泡生长时的微通道换热性能;在其他条件一定时,矩形微通道环形流动沸腾存在最优宽高比,使液膜厚度较薄以实现高换热性能,但也容易因此出现局部干涸而导致传热恶化。在对MMC热沉结构进行数值计算后发现,微通道的结构尺寸和歧管的类型对热沉内流动与换热性能影响显着。微通道宽度wc、翅片宽度wf、进出口宽度比例等微通道几何尺寸参数在特定的运行工况下,均存在较为合理的值使热沉模块可以兼顾换热性能与压损特性。根据歧管通道结构特点,本文对Z、C、H和U四种类型的歧管结构进行了研究。结果显示Z型和C型歧管通道结构具有较大的流动不均匀性,H型和U型歧管结构使通过微通道的流量分布更均匀;热沉中的流动沸腾流型随着热流增加大致按照泡状流、弹状流、间歇流与环形流的基本流型进行演变;受歧管结构对流动的限制作用,Z型歧管和C型歧管结构在高热流工况下容易在出口歧管通道中形成空泡率较高的间歇流和环形流;当控制运行工况完全相同的条件下,U型歧管结构产生最好换热性能的同时也拥有最小的压力损失。最后本文设计装配了MMC热沉实验测试模块,在进行可视化实验研究后发现流动沸腾使MMC的换热性能得到提升,当增加入口质量流量和入口过冷度时有助于延缓起始沸腾点的发生;提升流量将增加MMC散热模块的进出口压降,但使用较低入口过冷度的工质有助于降低压降。在逐渐加大热流密度的过程中,发现热沉中两相流型基本可以分为气泡流和交叉流两类。
纪元[7]（2020）在《基于确定性侧向位移的细胞分选微流控芯片研究》文中进行了进一步梳理肿瘤细胞的检测和分析对于癌症的早期诊断、临床治疗以及抗癌药物的药效评估具有至关重要的意义。但肿瘤细胞数量极为稀少,且游离在血液等复杂环境中,处在大量杂质细胞背景下。因此进行肿瘤细胞高回收率、高纯度的分离和富集是对癌症研究分析,乃至多种生物学、生物医学和临床诊断研究的基础和前提。本文在综述基于微流控技术的细胞分选手段的基础上,围绕确定性侧向位移细胞分选技术开展工作,针对分选机理、分选结构形貌优化、芯片制备工艺、分选性能测试和表征、样品液稀释过程的集成进行理论和实验研究,提出了一种肿瘤细胞分选芯片,在肿瘤细胞高回收率、高纯度分选方面取得一定突破。本文的具体研究工作如下:1)提出基于贝塞尔拟合曲线的形貌优化方法,对确定性侧向位移分选微柱截面形貌进行逆设计。以控制流速分布、降低临界半径为目标,求解获得具有更小临界半径、更高分离性能的水滴型分选微柱,提升粒子分离的精度和通量。以控制压力分布、促进细胞变形为目标,求解获得桃型分选微柱,增加了确定性侧向位移分选的控制维度,为尺寸相近细胞的精确控制与分选提供有效途径;2)基于任意拉格朗日-欧拉法构建了流-固耦合模型,考虑双向耦合作用分析流场参量对粒子运动轨迹的影响,提高了精确性。对粒子在微柱阵列内运动进行数值模拟,分析流速、尺寸等控制参量,及吸附、碰撞等情况对分选的影响规律,提出粒子对间隙内流体的压缩作用导致相对临界半径的增大。3)揭示聚合物材料PMMA及环氧树脂的封装失效问题的机理,给出基于表面改性处理的微流控芯片封装工艺,针对PMMA芯片封装中龟裂翘曲失效问题,提出了蒸镀Parylene工艺和热退火工艺的解决方案。针对环氧树脂芯片封装中预聚物堵塞问题,提出局部疏水处理工艺的解决方案,为聚合物微流控芯片的封装提供稳定可靠途径;4)研制一种基于水滴形截面微柱的确定性侧向位移式分选芯片,在300μL/min流速下对15μm粒子的分选回收率为98.4%,纯度为97.8%。在血细胞背景下对前列腺癌细胞分选平均回收率为93.81%,平均分离纯度为90.35%;对胃癌细胞分选平均回收率为84.58%,平均分离纯度为91.95%,证明了芯片对肿瘤细胞的高精度高纯度分选性能。5)为进一步在前处理过程中对样品混合物进行高效自动稀释混合,对微流体片上主动混合器件的原理和方法进行了研究,提出一种主动式电渗微混合器的设计方法。基于最优化控制方法构造狄利克雷边界控制问题,逆向求解电渗微混合器电极在通道侧壁上的最优分布,以达到最佳混合性能。表征混合效果的混合测度函数为0.025,优于设定阈值0.050,证明了设计方法的有效性。
胡清明[8]（2020）在《液态金属液滴生成与电场调控机理及其实验研究》文中研究表明液态金属是一种室温下呈液态的金属,兼备金属和流体特性,具有良好的导电性、导热性和流动性。凭借其独特的理化特性,液态金属在高功率电子器件、高热流芯片冷却等热管理中得到广泛应用,近年来液态金属还成功应用在柔性电子器件、智能驱动器、电化学传感器和微机电系统等领域。具有独立三维对称结构的液态金属微球在周期性先进功能器件中备受关注,然而由于液态金属的高表面张力和大密度等特性,如何制备具有高单分散性的液态金属微球成为亟待解决的难题。同时,液态金属在电场作用下表现出优异的电动力学性能,具有流体驱动与混合的潜能,有望在流体操纵方面获得突破。为此,本论文以镓铟锡合金液态金属为研究对象,对微尺度液态金属液滴生成和电场作用下液态金属界面电动力学特性展开研究。从微纳尺度两相流基本理论出发,分析了微液滴形成机理及其生成过程中的Plateau-Rayleigh不稳定性,提出了微针诱导制备液态金属液滴新方法,并建立了微针诱导粘性效应抑制Plateau-Rayleigh不稳定性模型;建立了基于相场法的微针诱导生成微液滴轴对称数值仿真模型,对液态金属液滴生成过程进行了分析,并探究了微针表面润湿性、界面张力、外相粘度和内外相流体速对微球直径和生成频率的影响规律,为微针诱导法制备具有高表面张力的微液滴奠定了理论基础。从界面理论、电化学极化过程以及电动力学角度出发,分析了液态金属/电解液双电层充电动力学模型,阐述了直流电场调控液态金属液滴两侧的压力降,揭示了液态金属在直流电场调控下的连续电润湿机理,为电场调控液态金属致周围流体流动研究奠定了基础。基于微针诱导粘性效应分析,搭建了基于微针诱导合成Galinstan液态金属液滴的玻璃毛细管微流控芯片系统,实验研究了微针诱导作用下液态金属液滴生成过程与液滴被剪切时的力学行为,对比分析了有针和无针作用下所制备液态金属液滴的尺寸均一性,分析了微针对液态金属液滴生成稳定性的影响;通过在内相玻璃毛细中安装金属微针和玻璃毛细管微针,研究了微针表面润湿性对液滴尺寸均一性的影响;探索两相流体界面张力、流速比对液态金属微球直径的影响规律,通过调节两相流体流速,可高效制备不同尺寸的液态金属微球,液滴最小直径可达65μm。在外加直流偏置电场作用下,液态金属两侧由于电势差异致其表面张力变化,从而诱导产生连续电润湿效应。基于电场调控液态金属液滴表面机制,提出了一种电致表面张力驱动液态金属马达,搭建了该电场调控液态泵的实验系统,得到电场作用下液态金属段在微通道中运动的平均速度;实验研究了电解液浓度、电压幅值、驱动电场的频率以及液态金属液滴体积对液态金属泵的驱动速度的影响规律;研究了低频作用下液态金属的振荡和边振荡边输运行为,为液态金属在低功耗、无磨损液态马达中的应用提供了依据。从双电层、诱导电荷电动力学和连续电润湿机理出发,建立了带电液滴自身表面自由电荷和感应双电层共同所致双电层压降数学模型,得到电场调控液态金属液滴表面诱导产生的全局粘性剪切流引起的净流体流动和局部粘性剪切分量诱导产生的流体流动,建立了交流电场调控液态金属液滴连续电润湿效应的仿真模型,仿真研究了电压幅值和驱动频率对流体流速的影响,为后续的流体混合奠定了理论基础。并基于交流电场作用下液态金属发生变形所致周围流体漩涡设计了一种新式高通量微混合器,实验研究了电压幅值、电场频率、电解液离子浓度和入口流速对混合性能的影响规律,在合适参数条件下,混合效率可达91%。电场调控导电液滴的电动特性为流体操控中的应用研究提供了新思路。
陈佳[9]（2020）在《3D螺旋微通道分离技术研究》文中研究指明在医疗诊断和药物筛选中,颗粒分离和提高颗粒的浓度至关重要,微流体惯性效应的精确控制可以以高的颗粒通量来实现,譬如血浆提纯,颗粒分离,提取循环肿瘤细胞,细胞浓缩,致病菌检测等。受传统软光刻加工方法的限制,目前广泛使用的微通道分离设备多为2D平面结构。针对微通道内颗粒的受力特点,利用Fluent的UDF模块编制惯性升力计算程序,建立了2D单螺旋微通道数值分析模型,并与二元和多元介质实验测得的颗粒运动数据进行对比;在此基础上,对影响2D单螺旋微通道内颗粒分离性能的关键参数,如颗粒相对尺寸k、雷诺数Re以及通道曲率比δ进行了研究,结果表明:本文建立的数值模型计算结果与实验趋势符合较好,验证了数值模型的准确性。在雷诺数为Re=4.45,颗粒相对尺寸大于0.07时,颗粒更容易实现聚焦。当雷诺数小于270,颗粒相对尺寸为0.22时,随着雷诺数增加,颗粒的稳定位置由通道中心附近逐渐向内壁面靠近;当颗粒尺寸为0.1时,随着雷诺数的增加,颗粒的稳定位置呈现先靠近内壁面,然后再逐渐靠近外壁面的趋势。针对2D微通道自身曲率变化引起颗粒分离不稳定的问题,利用最新的软管微通道技术,设计了3D螺旋微通道;利用数值分析方法对设计的3D螺旋微通道内颗粒运动过程进行详细分析,获得了不同流速下10μm和25μm颗粒的聚焦过程;最后,利用新加坡国立大学Kong fang课题组的实验结果对颗粒的分离性能进行了验证。结果表明:本文设计的9环3D软管微通道能够实现10μm和25μm颗粒的高通量和高效分离;随着雷诺数的增加,直径为10μm颗粒的稳定位置由通道中心附近向内壁面靠近,然后雷诺数大于106时,颗粒向外壁面靠近;直径为25μm的颗粒随着雷诺数的增加,从通道中心向内壁面靠近;实验中,当雷诺数等于106时,10μm和25μm的颗粒分离效果最佳。
杜冲冲[10]（2020）在《微混合器内流动和混合特性的数值模拟》文中研究指明近几年来,微混合器被广泛的应用于化学合成和生物制药等领域。这些领域要求两种和更多的液态流体在其内部达到很高混合效率,然而由于液态流体在微混合器内流动一般都是低雷诺数,导致流体在其内部的流动为层流流动,流体混合的动力为分子扩散,通常液态分子扩散比较慢,这就要求微通道达到足够的长度使得流体在其内部能够停留较长的时间,但是这样会增加了通道制作成本。为此学者提出运用混合单元的方法以提高微混合器的混合效率。本文在传统Y形微通道的基础上,通过引入不同结构的混合单元（离心混合元件,分叉混合元件,障碍物混合元件）到Y形微混合器中,使得流体在混合元件处产生混沌流,进而提高微混合器的混合效率,从而设计出高效率的微混合器。研究结果表明:在雷诺数1到60,流体在微混合器内的混合指数和压降和其含有的混合元件密切相关。传统的YSM,由于没有包含混合元件,流体在其内部为层流流动,其混合指数最大为0.16;新型微混合器由于包含混合元件,流体在混合元件处产生了混沌流,因此混合效率高于YSM。排在第一位是含有半圆柱离心混合元件的YSMHC（R1.5）和YSMHC（R1）,其最大混合指数都为0.99,相对于YSM提高了 6.2倍;排在第二位的为含有半圆柱离心和分叉混合元件YSCCSAR,YSCRSAR,YSCRCSAR,其最大混合指数都为0.97,相对于YSM提高了 6.1倍;排在第三位含有障碍物混合元件的YSDB和YLDB,其最大混合指数分别为0.97和0.96,相对于YSM分别提高了 6.1和6倍,排在第四位的为含有分叉结构的YCSAR和YRSAR,其最大混合指数分别为0.92和0.86,相对于YSM分别提高了 5.7和5.3。对于压降,YSM的最大压降为205Pa,排在第一位的为含有障碍物混合元件的YSDB和YLDB,其最大压降分别为747和608 Pa,相对于YSM分别提高了 3.6和3倍;排在第二位的为含有半圆柱混合元件的YSMHC（R1.5）和YSMHC（R1）,其最大压降分别为320和603Pa,相对于YSM分别提高了1.6和2.9倍;排在第三位的为含有半圆柱离心和分叉混合元件YSCCSAR,YSCRSAR,YSCRCSAR,其最大压降都为 291 Pa,相对于 YSM分别都提高了 1.4倍;排在第四位的为含有分叉结构的YCSAR和YRSAR,其最大压降分别为252 Pa和243 Pa,相对于YSM分别提高了 1.2和1.1倍.因此可以得出微混合其的压降和混合指数成正比。
二、NUMERICAL SIMULATION OF TRANSVERSE DIFFUSION IN A MICROCHANNEL（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、NUMERICAL SIMULATION OF TRANSVERSE DIFFUSION IN A MICROCHANNEL（论文提纲范文）
（1）Koch分形被动式微混合器的数值模拟与CO2激光制造研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微流控芯片的研究背景及意义 |
| 1.3 微混合器的发展现状 |
| 1.3.1 微混合器概述 |
| 1.3.2 主动式微混合器 |
| 1.3.3 被动式微混合器 |
| 1.3.4 微混合器的加工制作方法 |
| 1.4 Koch分形几何原理 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 微混合器的设计及基本研究理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 微混合器中Koch分形原理的应用 |
| 2.3 控制方程 |
| 2.3.1 雷诺数Re的计算 |
| 2.3.2 微通道中的Navier-Stokes(N-S)方程 |
| 2.3.3 对流扩散方程 |
| 2.3.4 混合效率计算公式 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 三维微混合器的数值模拟研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 网格独立性分析 |
| 3.3 有限元建模 |
| 3.4 挡板分布在微通道单侧的微混合器的数值模拟研究 |
| 3.4.1 Koch分形原理及微混合器的基本尺寸设计 |
| 3.4.2 仿真结果分析 |
| 3.5 挡板分布在微通道两侧的微混合器的数值模拟研究 |
| 3.5.1 挡板分布在微通道两侧的微混合器的基本尺寸 |
| 3.5.2 挡板分布在上下两侧的微混合器仿真结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 带有Koch分形挡板组的三维微混合器数值模拟研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 有限元建模 |
| 4.3 网格独立性分析 |
| 4.4 同方向挡板组的微混合器数值模拟 |
| 4.4.1 同方向档板组的微混合器的基本尺寸 |
| 4.4.2 同方向挡板组的微混合器的仿真结果分析 |
| 4.4.3 微混合器沿X轴方向的浓度曲线 |
| 4.5 每组包含三个挡板的微混合器的数值模拟研究 |
| 4.5.1 微混合器的基本尺寸 |
| 4.5.2 微混合器的仿真结果分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 被动式微混合器的数值模拟与实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验材料与实验设备 |
| 5.2.1 实验材料介绍 |
| 5.2.2 实验设备介绍 |
| 5.3 基于Koch分形原理的CO_2激光加工 |
| 5.3.1 微通道的基本尺寸结构 |
| 5.3.2 实验结果与讨论 |
| 5.4 通过CO_2激光加工系统加工微通道 |
| 5.4.1 加工速度和加工次数对微通道质量的影响 |
| 5.4.2 加工功率对微通道质量的影响 |
| 5.5 蛇形Koch分形微混合器的数值模拟与实验研究 |
| 5.5.1 微混合器的基本尺寸 |
| 5.5.2 网格独立性分析 |
| 5.5.3 仿真结果分析 |
| 5.5.4 实验与仿真结果比较分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（2）空气自呼吸微流体燃料电池两相流动特性与振动效应的耦合研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 物理量名称及符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微流体燃料电池 |
| 1.2.1 微流体燃料电池工作原理 |
| 1.2.2 微流体燃料电池中流动 |
| 1.2.3 影响电池性能的主要传质现象 |
| 1.3 微流体燃料电池研究现状 |
| 1.3.1 微流体燃料电池电极 |
| 1.3.2 两相流 |
| 1.3.3 机械振动 |
| 1.4 论文选题意义和主要研究内容 |
| 1.4.1 选题意义 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 第二章 三维平面阳极与可渗透阳极的空气自呼吸微流体燃料电池性能分析 |
| 2.1 三维空气自呼吸微流体燃料电池流体动力学模型 |
| 2.1.1 模型描述 |
| 2.1.2 模型假设 |
| 2.1.3 控制方程 |
| 2.1.4 燃料利用率与?分析 |
| 2.1.5 灵敏度分析 |
| 2.1.6 求解步骤 |
| 2.2 计算结果与讨论 |
| 2.2.1 模型验证 |
| 2.2.2 重力效应对电池性能的影响 |
| 2.2.3 结构参数对电池性能的影响 |
| 2.2.4 ?效率与燃料利用率 |
| 2.2.5 灵敏度分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 基于相场模型的两相空气自呼吸微流体燃料电池的传输特性及性能研究 |
| 3.1 基于气泡动力学的两相微流体燃料电池的数学模型 |
| 3.1.1 模型描述 |
| 3.1.3 控制方程 |
| 3.1.4 边界条件 |
| 3.1.5 求解步骤 |
| 3.2 计算结果与讨论 |
| 3.2.1 模型验证 |
| 3.2.2 进液流量的影响 |
| 3.2.3 壁面接触角的影响 |
| 3.2.4 燃料浓度的影响 |
| 3.2.5 表面张力的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 振动效应下平面阳极微流体燃料电池传输特性 |
| 4.1 振动与两相流耦合效应下平面阳极微流体燃料电池的数学模型 |
| 4.1.1 模型描述 |
| 4.1.2 模型假设 |
| 4.1.3 控制方程 |
| 4.1.4 边界条件 |
| 4.1.5 求解步骤 |
| 4.2 计算结果与讨论 |
| 4.2.1 模型验证 |
| 4.2.2 基本工况 |
| 4.2.3 振动强度的影响 |
| 4.2.4 振动频率的影响 |
| 4.2.5 接触角的影响 |
| 4.2.6 进液流量的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 可渗透微流体燃料电池抗振性能评估 |
| 5.1 振动与两相流耦合效应下可渗透阳极微流体燃料电池的数学模型 |
| 5.1.1 模型描述 |
| 5.1.2 模型假设 |
| 5.1.3 控制方程 |
| 5.1.4 灵敏度分析 |
| 5.1.5 边界条件 |
| 5.1.6 求解步骤 |
| 5.2 计算结果与讨论 |
| 5.2.1 模型验证 |
| 5.2.2 振动强度的影响 |
| 5.2.3 振动频率的影响 |
| 5.2.4 进液流量的影响 |
| 5.2.5 接触角的影响 |
| 5.3 运行参数对系统转化效率的影响 |
| 5.3.1 对燃料利用率的影响 |
| 5.3.2 对?效率的影响 |
| 5.3.3 灵敏度分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究工作的不足与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表论文情况 |
（3）基于微纳流控技术的二氧化碳-癸烷体系的相行为及传质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 前言 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 微纳流控技术 |
| 1.1.2 二氧化碳强化驱油技术 |
| 1.2 研究内容 |
| 第2章 文献综述 |
| 2.1 基于微纳流控技术的相行为研究 |
| 2.1.1 最小混相压的测量方法 |
| 2.1.2 纳米受限尺度下的相行为 |
| 2.2 基于微纳流控技术的气液传质研究 |
| 2.2.1 微通道内气液两相流流型 |
| 2.2.2 微通道段塞流内的气液两相传质机制 |
| 2.3 基于相行为及传质的微纳流控技术的应用 |
| 2.3.1 微纳流控技术在聚合物强化驱油中的应用 |
| 2.3.2 微纳流控技术在表面活性剂强化驱油中的应用 |
| 2.3.3 微纳流控技术在泡沫强化驱油中的应用 |
| 2.3.4 微纳流控技术在热力采油中的应用 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 微纳流控技术系统组成和芯片设计及制造 |
| 3.1 微纳流控技术系统组成 |
| 3.2 微纳流控芯片设计 |
| 3.3 微纳流控芯片制造 |
| 3.3.1 硅-玻璃芯片制作工艺 |
| 3.3.2 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片制作工艺 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于微纳流控技术的二氧化碳-癸烷体系的混相特性研究 |
| 4.1 实验内容 |
| 4.1.1 实验步骤及数据处理 |
| 4.2 结果与讨论 |
| 4.2.1 微流控实验测量最小混相压 |
| 4.2.2 纳流控实验测量最小混相压 |
| 4.2.3 模型验证 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 基于微纳流控技术的二氧化碳-癸烷体系的传质特性研究 |
| 5.1 测量传质系数的模型 |
| 5.2 实验内容 |
| 5.2.1 实验步骤及数据处理 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 基于混相及传质的二氧化碳驱提高采收率研究 |
| 6.1 实验内容 |
| 6.1.1 实验步骤及数据处理 |
| 6.1.2 图像处理步骤 |
| 6.2 结果与讨论 |
| 6.2.1 非混相驱 |
| 6.2.2 混相驱 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 结论和展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附: 攻读硕士期间发表的论文 |
（4）微小通道结构对传递特性影响的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 符号说明 |
| 1 文献综述 |
| 1.1 微通道反应器的分类 |
| 1.2 微通道反应器的混合性能 |
| 1.2.1 T型微通道反应器 |
| 1.2.2 双T型与Y型微通道反应器 |
| 1.2.3 3D结构微通道反应器 |
| 1.2.4 带有障碍物微通道反应器 |
| 1.2.5 特殊形状微通道反应器 |
| 1.3 微通道反应器的传热性能 |
| 1.4 微通道反应器的放大 |
| 1.5 计算流体力学 |
| 1.6 传递过程的量化 |
| 1.6.1 混合过程的量化 |
| 1.6.2 传热过程的量化 |
| 1.7 选题的目的及意义 |
| 1.8 课题主要研究内容 |
| 2 数值模拟理论基础 |
| 2.1 连续介质假设 |
| 2.2 Fluent简介 |
| 2.3 控制方程 |
| 2.3.1 流体流动和热传递方程 |
| 2.3.2 组分输运方程 |
| 2.3.3 无量纲参数 |
| 2.4 数值扩散 |
| 2.4.1 网格划分 |
| 2.4.2 求解器设置 |
| 2.5 流动过程中的入口段效应 |
| 2.6 小结 |
| 3 宏观混合特性的研究 |
| 3.1 模型建立 |
| 3.1.1 物理模型 |
| 3.1.2 网格与边界条件 |
| 3.2 模型验证 |
| 3.2.1 数值模型验证 |
| 3.2.2 网格无关性验证 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 流型分析 |
| 3.3.2 不同Re数对混合的影响 |
| 3.3.3 不同流体性质对混合的影响 |
| 3.3.4 不同圆波形微通道半径R对混合的影响 |
| 3.3.5 不同椭圆波半轴长度比对混合的影响 |
| 3.4 小结 |
| 4 宏观传热特性的研究 |
| 4.1 模型建立 |
| 4.1.1 物理模型 |
| 4.1.2 边界条件 |
| 4.2 模型验证 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 不同Re数对传热的影响 |
| 4.3.2 不同结构对传热的影响 |
| 4.4 小结 |
| 5 放大过程中的传递特性 |
| 5.1 放大策略 |
| 5.1.1 尺寸放大策略 |
| 5.1.2 评估方法 |
| 5.2 结果与讨论 |
| 5.2.1 一维度放大过程中混合性能的变化 |
| 5.2.2 一维度放大过程中传热性能的变化 |
| 5.2.3 二维度放大过程中混合性能的变化 |
| 5.2.4 二维度放大过程中传热性能的变化 |
| 5.3 小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 |
| 附录2 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（5）T形微通道中电动流的流动不稳定现象研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究的背景和目的 |
| 1.2 电动现象 |
| 1.2.1 双电层 |
| 1.2.2 电渗 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 论文概要 |
| 第二章 铁磁流体和去离子水的电动不稳定现象 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验设计 |
| 2.2.1 微通道制备 |
| 2.2.2 铁磁流体的配制 |
| 2.2.3 实验方法 |
| 2.3 仿真模型 |
| 2.3.1 控制方程和边界条件 |
| 2.3.1.1 电场 |
| 2.3.1.2 流场 |
| 2.3.1.3 浓度场 |
| 2.3.2 数值计算 |
| 2.4 不稳定现象的机理 |
| 2.5 结果及讨论 |
| 2.5.1 电场的影响 |
| 2.5.2 通道深度的影响 |
| 2.5.3 铁磁流体浓度的影响 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 电导率相同的流体间的电动不稳定现象 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验设计 |
| 3.3 仿真模型 |
| 3.3.1 控制方程 |
| 3.3.2 模型建立 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 电场的影响 |
| 3.4.2 不稳定现象的机理 |
| 3.4.3 铁磁流体浓度的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 焦耳热对电动不稳定现象的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验设计 |
| 4.3 仿真模型 |
| 4.3.1 控制方程 |
| 4.3.2 模型建立 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 焦耳热效应对电动现象的影响 |
| 4.4.2 焦耳热效应对各物理场的影响 |
| 4.4.3 不同浓度的铁磁流体中的焦耳热效应 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 具有电导率梯度的粘弹性流体的电动不稳定现象 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验设计 |
| 5.2.1 实验材料 |
| 5.2.2 实验方法 |
| 5.3 仿真模型 |
| 5.3.1 控制方程 |
| 5.3.2 模型建立 |
| 5.4 结果与讨论 |
| 5.4.1 电场的影响 |
| 5.4.2 PEO浓度的影响 |
| 5.4.3 电动不稳定波的波速和波频率 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 非牛顿流体电渗流的流动不稳定现象 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 材料和方法 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 流体的流变特性对不稳定现象的影响 |
| 6.3.2 PAA溶液中的流动不稳定现象 |
| 6.3.2.1 聚合物浓度的影响 |
| 6.3.2.2 磷酸盐浓度的影响 |
| 6.3.2.3 微通道深度的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 电动流模型的深度平均渐近分析 |
| 附录2 电动流热模型的深度平均渐近分析 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（6）歧管式微通道内气液流动沸腾换热的数值模拟与实验研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| 1.绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 歧管式微通道换热研究进展 |
| 1.2.1 歧管式微通道热沉简介 |
| 1.2.2 MMC单相流实验研究 |
| 1.2.3 MMC单相流数值研究 |
| 1.2.4 MMC流动沸腾实验研究 |
| 1.2.5 MMC流动沸腾数值研究 |
| 1.2.6 研究中的不足与启示 |
| 1.3 本文的研究目标与章节内容安排 |
| 1.3.1 研究目标 |
| 1.3.2 章节内容安排 |
| 2.流动沸腾数值模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 VOF方法 |
| 2.2.1 简介 |
| 2.2.2 基本控制方程 |
| 2.2.3 表面张力 |
| 2.2.4 S-CLSVOF相界面捕捉方法 |
| 2.2.5 模型验证 |
| 2.3 气液相变模型 |
| 2.3.1 简介 |
| 2.3.2 Lee模型 |
| 2.3.3 Schrage模型 |
| 2.3.4 Rattner&Garimella模型 |
| 2.3.5 模型验证 |
| 2.4 湍流模型 |
| 2.5 流固热耦合 |
| 2.6 小结 |
| 3.矩形截面微通道内饱和流动沸腾机理的数值研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 矩形微通道内壁面附着单气泡生长 |
| 3.2.1 数值模型 |
| 3.2.2 单气泡生长换热特性 |
| 3.2.3 雷诺数、接触角与表面张力的影响 |
| 3.2.4 加热面双气泡合并的影响 |
| 3.3 不同宽高比矩形微通道内环形流动沸腾 |
| 3.3.1 数值模型 |
| 3.3.2 液膜厚度分布规律 |
| 3.3.3 环形流动沸腾换热特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 4.微通道结构对歧管式微通道热沉沸腾换热的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数值模型 |
| 4.2.1 控制方程 |
| 4.2.2 MMC的单相流验证 |
| 4.2.3 MMC的两相流验证 |
| 4.2.4 算例设置 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 微通道宽度 w_c和微通道翅片厚度 w_f的影响 |
| 4.3.2 进出口宽度比γ的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 5.歧管类型对歧管式微通道热沉换热性能的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数值模型 |
| 5.2.1 控制方程 |
| 5.2.2 计算域设置 |
| 5.2.3 网格无关性检验 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 单相流流量分配 |
| 5.3.2 两相流型分布 |
| 5.3.3 沸腾换热特性 |
| 5.3.4 压降分布 |
| 5.4 本章小结 |
| 6.歧管式微通道热沉过冷流动沸腾的可视化实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验系统与数据处理方法介绍 |
| 6.2.1 实验系统介绍 |
| 6.2.2 歧管式微通道测试模块 |
| 6.2.3 实验操作方法 |
| 6.2.4 数据处理 |
| 6.2.5 不确定度分析 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 歧管式微通道单相流动换热与压降验证 |
| 6.3.2 沸腾曲线 |
| 6.3.3 换热系数变化规律 |
| 6.3.4 压降特性 |
| 6.3.5 流型分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7.总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 个人简介及在学期间发表的学术论文 |
（7）基于确定性侧向位移的细胞分选微流控芯片研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 肿瘤细胞分选背景和意义 |
| 1.2 基于微流控芯片的细胞分选技术 |
| 1.2.1 主动式细胞分选技术 |
| 1.2.2 被动式细胞分选方法 |
| 1.3 确定性侧向位移分选技术的研究进展和亟待解决的问题 |
| 1.3.1 确定性侧向位移分选机制和研究进展 |
| 1.3.2 亟待解决的问题 |
| 1.4 本文主要研究内容和结构 |
| 第二章 稀有细胞分选基础理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 微流体力学主要特点和典型无量纲数 |
| 2.2.1 微尺度流体流动主要特点 |
| 2.2.2 典型无量纲数 |
| 2.3 微流体基本理论 |
| 2.3.1 层流 |
| 2.3.2 连续性方程 |
| 2.3.3 动量方程 |
| 2.3.4 对流-扩散方程 |
| 2.3.5 牛顿流体本构方程 |
| 2.4 细胞在芯片内的受力 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 确定性侧向位移分选微柱截面形貌优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 微柱截面形貌优化基础理论 |
| 3.2.1 确定性侧向位移分选机制 |
| 3.2.2 临界半径与有效半径对分选的影响 |
| 3.2.3 基于贝塞尔曲线的微柱圆截面参数化 |
| 3.3 形貌优化降低阵列临界半径 |
| 3.3.1 流速优化问题的构建与求解 |
| 3.3.2 优化后水滴形形貌的速度分布 |
| 3.3.3 构建流-固耦合模型模拟粒子运动 |
| 3.3.4 数值模拟结果与分析 |
| 3.4 形貌优化降低粒子有效半径 |
| 3.4.1 压力优化问题的构建与求解 |
| 3.4.2 优化后桃形形貌的压力分布 |
| 3.4.3 构建水平集模型模拟柔性粒子运动 |
| 3.4.4 数值模拟结果与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 微流控芯片加工和封装研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 PMMA芯片的制备和封装 |
| 4.2.1 激光加工研究 |
| 4.2.2 溶剂键合研究 |
| 4.3 环氧树脂芯片的制备和封装 |
| 4.3.1 软光刻加工 |
| 4.3.2 热扩散键合 |
| 4.4 PDMS芯片的制备和封装 |
| 4.4.1 软光刻加工 |
| 4.4.2 氧等离子体键合 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 水滴形确定性侧向位移芯片分选 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验液体配制和实验设备 |
| 5.2.1 聚乙烯醇溶液的配制和使用 |
| 5.2.2 聚苯乙烯粒子水溶液的配制 |
| 5.2.3 细胞样品液的配制 |
| 5.3 单级水滴形分选芯片研究 |
| 5.3.1 芯片设计 |
| 5.3.2 芯片分选测试 |
| 5.3.3 芯片测试 |
| 5.4 多级分选芯片研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 微流体电渗稀释混合研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 微流体混合器的机制与分类 |
| 6.3 电渗混合控制方程 |
| 6.3.1 双电层电势方程 |
| 6.3.2 外加电场控制方程 |
| 6.3.3 流场控制方程 |
| 6.3.4 浓度分布控制方程 |
| 6.4 微通道电极版图的逆设计 |
| 6.4.1 混合测度函数与边界条件 |
| 6.4.2 有限元方法求解 |
| 6.4.3 结果与讨论 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文工作总结 |
| 7.2 不足之处与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）液态金属液滴生成与电场调控机理及其实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略词表 |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题研究的目的和意义 |
| 1.3 课题的国内外研究现状 |
| 1.3.1 微尺度液态金属液滴生成技术研究 |
| 1.3.2 微流体混合技术研究现状 |
| 1.3.3 液态金属操纵技术研究现状 |
| 1.3.4 液态马达研究现状 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 微针诱导液态金属液滴生成与电场调控机理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 微通道内液滴生成基本理论 |
| 2.2.1 表面张力 |
| 2.2.2 壁面润湿性与接触角 |
| 2.2.3 Plateau-Rayleigh不稳定性 |
| 2.2.4 基于共轴流法的微液滴生成 |
| 2.3 微针诱导液态金属微球生成不稳定性分析 |
| 2.3.1 基于Rayleigh不稳定性的液态金属微球生成研究 |
| 2.3.2 微针诱导粘性效应抑制Plateau-Rayleigh不稳定性模型 |
| 2.4 微针诱导液态金属液滴生成仿真 |
| 2.4.1 控制方程 |
| 2.4.2 数值模型与边界条件设定 |
| 2.4.3 液态金属液滴生成过程仿真分析 |
| 2.5 电场调控液态金属液滴表面压力降分析 |
| 2.5.1 液态金属/电解液界面双电层 |
| 2.5.2 连续电润湿机理及其界面张力变化 |
| 2.5.3 液态金属液滴两侧压力计算 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于微针诱导微流控芯片的液态金属液滴生成实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 微针诱导玻璃毛细管微流控芯片设计总体方案 |
| 3.3 微针诱导玻璃毛细管微流控芯片加工 |
| 3.3.1 微流控芯片加工所需材料 |
| 3.3.2 玻璃毛细管微流控芯片加工 |
| 3.4 微针诱导液态金属液滴生成过程研究 |
| 3.4.1 液态金属液滴制备所需仪器与材料 |
| 3.4.2 液态金属液滴生成微流控系统搭建 |
| 3.4.3 镓铟锡合金液态金属微球生成 |
| 3.5 微针对液态金属液滴尺寸均一性影响 |
| 3.5.1 微针诱导液态金属液滴生成实验研究 |
| 3.5.2 微针诱导液滴金属液滴生成不稳定性分析 |
| 3.6 液态金属液滴制备影响因素实验研究 |
| 3.6.1 微针材料对液滴均一性的影响 |
| 3.6.2 PVA含量对液滴直径的影响 |
| 3.6.3 流体流速比对液滴直径的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 电场调控液态金属连续电润湿的流体泵送研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 电致表面张力变化的液态金属运动方案设计 |
| 4.3 微流控芯片的加工工艺 |
| 4.4 电场调控液态金属泵送实验平台的搭建 |
| 4.4.1 实验样本制备 |
| 4.4.2 液态金属泵的实验系统设计与搭建 |
| 4.4.3 电场调控液态金属泵的实验研究 |
| 4.4.4 表面张力诱导作用下液态金属移动速度 |
| 4.5 电场驱动液态金属泵影响因素分析 |
| 4.5.1 电解液浓度对泵送速度影响 |
| 4.5.2 电压幅值对泵送速度影响 |
| 4.5.3 液态金属体积对泵送速度影响 |
| 4.5.4 驱动电场频率对泵送速度影响 |
| 4.6 低频作用下液态金属的运动特性研究 |
| 4.7 基于电场驱动金属液滴的液态马达设计 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 基于交流连续电润湿效应的流体混合性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于交流电场连续电润湿效应的混合器总体方案设计 |
| 5.2.1 微混合器芯片方案设计与加工 |
| 5.2.2 实验样品准备与系统搭建 |
| 5.3 交流电场调控液态金属液滴连续电润湿效应 |
| 5.3.1 金属液滴表面由于体表面电荷引起的双电层压降 |
| 5.3.2 诱导电荷 |
| 5.3.3 流体物理 |
| 5.3.4 低频下的解析近似 |
| 5.4 交流电场调控液态金属周围流体流动分析 |
| 5.4.1 基于连续电润湿的液态金属液滴周围流体流动仿真 |
| 5.4.2 电场调控液滴周围流体流动实验验证 |
| 5.5 基于液态金属交流连续电润湿的流体混合性能研究 |
| 5.5.1 电压幅值对混合性能影响 |
| 5.5.2 电场频率对混合性能影响 |
| 5.5.3 溶液离子浓度对混合性能影响 |
| 5.5.4 入口流速对混合性能影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（9）3D螺旋微通道分离技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 微流控细胞分离方法 |
| 1.2.1 主动分选法 |
| 1.2.2 被动分选法 |
| 1.3 颗粒的惯性分选 |
| 1.3.1 基本原理 |
| 1.3.2 国内外研究现状 |
| 1.4 柔性材料惯性操控技术简介 |
| 1.5 论文研究思路及组织架构 |
| 2 2D单螺旋微通道的数值模拟研究 |
| 2.1 数值模型的建立 |
| 2.1.1 物理模型 |
| 2.1.2 控制方程 |
| 2.1.3 离散相模型 |
| 2.1.4 惯性升力 |
| 2.2 结果分析 |
| 2.2.1 二元颗粒混合物分离验证 |
| 2.2.2 多元颗粒混合物分离验证 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 2D单螺旋微通道性能研究 |
| 3.1 运动过程分析 |
| 3.2 颗粒相对尺寸k的影响 |
| 3.3 雷诺数Re的影响 |
| 3.3.1 1.9μm颗粒轨迹变化与雷诺数的关系 |
| 3.3.2 7.32μm颗粒轨迹变化与雷诺数的关系 |
| 3.3.3 7.32μm、10μm和15μm颗粒轨迹变化与雷诺数的关系 |
| 3.4 通道平均曲率比δ的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 3D柔性微通道设计及验证 |
| 4.1 柔性微通道设计 |
| 4.2 关键参数对柔性微通道性能的影响 |
| 4.3 柔性微通道技术 |
| 4.3.1 柔性微通道的制作 |
| 4.3.2 实验设置 |
| 4.4 结果对比与讨论 |
| 4.4.1 颗粒相对尺寸k为0.25的聚焦情况对比 |
| 4.4.2 10μm和25μm颗粒分离情况对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（10）微混合器内流动和混合特性的数值模拟（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 文献综述 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微反应器的分类 |
| 1.2.1 主动微混合器 |
| 1.2.2 被动微混合器 |
| 1.3 微反应器的流动模式的研究 |
| 1.3.1 T形和Y形微通带内流动模式 |
| 1.3.2 静态混合器的流动模式 |
| 1.4 微混合器数值模拟的研究现状 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 微混合器的建模和数值模拟的方法 |
| 2.1 建模和计算步骤 |
| 2.2 微混合器内流体流动特性 |
| 2.2.1 微混合器内流体流动状态 |
| 2.2.2 微流体流动的两个物量纲数 |
| 2.3 控制方程和边界条件 |
| 2.4 混合指数的定义 |
| 2.5 计算方法的验证和模拟的条件 |
| 第三章 数值模拟的结果与讨论 |
| 3.1 带有半圆柱形混合元件的Y型微通道的数值模拟 |
| 3.1.1 几何模型和网格的划分 |
| 3.1.2 浓度分析 |
| 3.1.3 流场分析 |
| 3.1.4 混合指数分析 |
| 3.2 带有分叉混合元件的Y型微通道的数值模拟 |
| 3.2.1 几何模型和网格的划分 |
| 3.2.2 浓度分析 |
| 3.2.3 流场分析 |
| 3.2.4 混合指数分析 |
| 3.3 带有分叉和半圆柱形混合元件的Y形微通道的数值模拟 |
| 3.3.1 几何模型和网格的划分 |
| 3.3.2 浓度分析 |
| 3.3.3 流场分析 |
| 3.3.4 混合指数分析 |
| 3.4 带有挡板混合元件的Y型微通道的数值模拟 |
| 3.4.1 几何模型和网格的划分 |
| 3.4.2 浓度分析 |
| 3.4.3 流场分析 |
| 3.4.4 混合指数分析 |
| 3.5 本章小节 |
| 第四章 主要结论 |
| 4.1 主要结论 |
| 4.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者及导师简介 |
| 附件 |
四、NUMERICAL SIMULATION OF TRANSVERSE DIFFUSION IN A MICROCHANNEL（论文参考文献）
- [1]Koch分形被动式微混合器的数值模拟与CO2激光制造研究[D]. 田跃. 辽宁工业大学, 2021(02)
- [2]空气自呼吸微流体燃料电池两相流动特性与振动效应的耦合研究[D]. 陈静娴. 广西大学, 2021(12)
- [3]基于微纳流控技术的二氧化碳-癸烷体系的相行为及传质研究[D]. 冯嘉. 华东理工大学, 2021(08)
- [4]微小通道结构对传递特性影响的研究[D]. 周东健. 青岛科技大学, 2021(01)
- [5]T形微通道中电动流的流动不稳定现象研究[D]. 宋乐. 合肥工业大学, 2021(02)
- [6]歧管式微通道内气液流动沸腾换热的数值模拟与实验研究[D]. 骆洋. 浙江大学, 2021(01)
- [7]基于确定性侧向位移的细胞分选微流控芯片研究[D]. 纪元. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(03)
- [8]液态金属液滴生成与电场调控机理及其实验研究[D]. 胡清明. 哈尔滨工业大学, 2020
- [9]3D螺旋微通道分离技术研究[D]. 陈佳. 大连理工大学, 2020(02)
- [10]微混合器内流动和混合特性的数值模拟[D]. 杜冲冲. 北京化工大学, 2020(02)