微混合器作為微流控芯片的重要分支,憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢,在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域已取得了巨大的發(fā)展并得到了廣泛的應(yīng)用。受特征尺度變化影響,微尺度液體在流動與傳質(zhì)過程中出現(xiàn)了許多新的問題,深入了解微尺度液體流動傳質(zhì)的變化規(guī)律對于微流器件的發(fā)展至關(guān)重要。本文主要對微通道內(nèi)液體在壁面粗糙度效應(yīng)作用下的流動與傳質(zhì)機(jī)理進(jìn)行了研究,獲得了粗糙度效應(yīng)下的液體流動及傳質(zhì)規(guī)律,并以發(fā)展結(jié)構(gòu)簡單、能在較大Re數(shù)范圍保持高效穩(wěn)定混合性能的液-液型被動微混合器為出發(fā)點(diǎn),基于流體力學(xué)中的康達(dá)效應(yīng)構(gòu)造出了一種新型渦旋式被動微混合器,并應(yīng)用該微混合器進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。主要研究工作包括:(1)為研究微通道壁面粗糙度對液體流動和傳質(zhì)特性的影響規(guī)律,在隨機(jī)排布準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上利用典型粗糙元構(gòu)建了二維隨機(jī)粗糙微通道,通過有限元分析方法研究了微通道壁面粗糙元參數(shù)變化對微通道內(nèi)液體流速、壓力梯度、流動阻力、傳質(zhì)擴(kuò)散機(jī)理等的影響規(guī)律。研究表明,微通道近壁面粗糙度的存在對流體的流場有顯著影響,近壁面流體存在明顯的渦流和流動分離現(xiàn)象;隨機(jī)粗糙微通道內(nèi)各位置的壓降和流動阻力均隨粗糙元相對高度的增加呈近似線性增長,且臨近出口位置增幅較為明...

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號說明
第1章 緒論
    1.1 課題背景與意義
    1.2 微尺度下液體流動特性的研究進(jìn)展
        1.2.1 常規(guī)尺度下的液體流動特性
        1.2.2 微尺度下液體流動特性的研究現(xiàn)狀
            1.2.2.1 連續(xù)性假設(shè)適用性
            1.2.2.2 壁面粗糙度效應(yīng)
            1.2.2.3 邊界滑移效應(yīng)
    1.3 微尺度下液體傳質(zhì)特性的研究進(jìn)展
        1.3.1 常規(guī)尺度下的液體混合特性
        1.3.2 微尺度下液體混合特性的研究現(xiàn)狀
        1.3.3 被動式微混合器結(jié)構(gòu)特性
    1.4 微混合器混合性能與評價(jià)
    1.5 本課題主要研究內(nèi)容
第2章 壁面粗糙度對微尺度液體流動與傳質(zhì)特性的影響
    2.1 引言
    2.2 微流體流動模型
        2.2.1 微流體壓差流動機(jī)理
        2.2.2 微流體擴(kuò)散傳質(zhì)機(jī)理
        2.2.3 邊界條件
    2.3 壁面隨機(jī)粗糙度的表征
        2.3.1 常用壁面粗糙度構(gòu)建方法
        2.3.2 粗糙度模型構(gòu)建
        2.3.3 數(shù)值有效性檢驗(yàn)
    2.4 壁面粗糙度對微通道內(nèi)流動特性的影響
        2.4.1 粗糙度對流場的影響
        2.4.2 粗糙度對壓降的影響
        2.4.3 粗糙度對流阻的影響
    2.5 壁面粗糙度對微通道內(nèi)傳質(zhì)特性的影響
        2.5.1 粗糙元參數(shù)對濃度分布的影響
        2.5.2 不同雷諾數(shù)條件下粗糙度對液體傳質(zhì)的影響
    2.6 本章小結(jié)
第3章 渦旋式被動微混合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與混合性能
    3.1 引言
    3.2 康達(dá)效應(yīng)在微流體混合中的應(yīng)用
    3.3 渦旋式被動微混合器通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.4 微通道深度H優(yōu)化
    3.5 微混合單元圓弧空腔曲徑比K值優(yōu)化
    3.6 本章小結(jié)
第4章 渦旋式被動微混合器實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 引言
    4.2 微混合器的制作
        4.2.1 微混合器的制作
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)原料
        4.2.3 實(shí)驗(yàn)平臺和設(shè)備
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        4.3.1 渦旋式被動微混合器中的流動機(jī)理驗(yàn)證
        4.3.2 渦旋式被動微混合器中的混合機(jī)理驗(yàn)證
        4.3.3 圓弧空腔曲徑比K對混合性能的影響規(guī)律
        4.3.4 混合性能評價(jià)
    4.4 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果



本文編號：3907952