本文關(guān)鍵詞：光動微流液體的應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著光學理論的不斷豐富和完善,光在人類生活和工作中的應(yīng)用也越來越廣泛。特別是由于激光具備的一系列的優(yōu)點和特性,所以人類對其的研究更加深入。我們使用紅外激光照射漂浮在一種液體上的另一種不相溶液體薄膜產(chǎn)生了定向流動。本次課題利用粒子圖像測速(Particle Image Velocimetry)技術(shù)對液膜的形態(tài)和行為規(guī)律進行了系統(tǒng)研究。相比傳統(tǒng)的粒子測速技術(shù),PIV具備無擾動、精度高、非接觸、測量范圍寬等特性。通過光源照明系統(tǒng)和CCD攝像機來獲得均勻散布在被測流場介質(zhì)中的示蹤粒子的清晰的運動圖像。利用PIVview2C軟件進對獲得的運動圖像進行數(shù)據(jù)分析并獲得流場的速度分布。PIV技術(shù)的主要有優(yōu)點：(1)可以有效地屏蔽傳統(tǒng)的粒子速度測量系統(tǒng)中儀器所帶來的干擾；(2)整個流場介質(zhì)的速度分布可以利用PIV技術(shù)直接獲得。隨著激光器、CCD攝像機以及數(shù)字圖像處理等軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展,粒子圖像測量已經(jīng)從二維平面發(fā)展到了三維立體空間。PIV技術(shù)已經(jīng)成為流體速度測量主要技術(shù)手段。實驗中采用了兩種相反幾何結(jié)構(gòu)的癸烷-水層狀液體系統(tǒng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在漂浮的癸烷膜中紅外激光推動液流方向總是指向液膜變薄的方向。我們對上述微型液流的形態(tài)和行為規(guī)律進行了系統(tǒng)的研究,通過實驗我們發(fā)現(xiàn)液膜流速會隨著激光功率的增加而增加,并且隨著液膜厚度的增加而減慢。當我們水層中加入吐溫-80(一種離子表面活性劑)時,在常溫下癸烷-水層之間的界面張力會減小,液膜的流動速率會隨著界面張力的減小而減小。液流形態(tài)和行為規(guī)律無法用Marangoni機制解釋。因此認為,液流由另一種截然不同的熱力學機制所推動。以這一新的機制為基礎(chǔ),理論上得到的液流結(jié)構(gòu)和方向與實驗結(jié)果一致,理論預(yù)測的液流流速與實驗結(jié)果數(shù)量級相同。本次課題的研究的液膜的定向運動可以廣泛地應(yīng)用于微流控,微機械領(lǐng)域,對于探索新型微動力具有重要的現(xiàn)實意義。
【關(guān)鍵詞】：紅外激光 粒子圖像測速 楔形液膜 熱力學機制
【學位授予單位】：北方工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O551;TN249
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 論文選題11-13
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容13-14
• 第二章 物質(zhì)的傳熱與傳質(zhì)14-21
• 2.1 熱量傳遞概述14-16
• 2.1.1 基本傳熱方式14-15
• 2.1.2 溫度場與熱態(tài)15
• 2.1.3 傳熱速率、傳熱系數(shù)以及熱阻15-16
• 2.2 質(zhì)量傳遞概述16-17
• 2.2.1 傳質(zhì)的基本概念16
• 2.2.2 對流擴散方程16-17
• 2.3 MARANGONI效應(yīng)17-19
• 2.3.1 表面張力梯度17-18
• 2.3.2 Marangoni效應(yīng)的常見應(yīng)用18-19
• 2.3.3 Marangoni對流的流態(tài)及分析方法19
• 2.4 本章總結(jié)19-21
• 第三章 粒子圖像測速技術(shù)(PIV)21-29
• 3.1 PIV技術(shù)簡介21-23
• 3.1.1 粒子圖像測速系統(tǒng)的組成21-22
• 3.1.2 示蹤粒子的選擇22
• 3.1.3 PIV技術(shù)的基本原理22-23
• 3.2 本次課題PIV系統(tǒng)的構(gòu)建23-28
• 3.2.1 示蹤粒子23-24
• 3.2.2 照明系統(tǒng)24
• 3.2.3 圖像采集系統(tǒng)24-25
• 3.2.4 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)25-28
• 3.3 本章總結(jié)28-29
• 第四章 液膜系統(tǒng)的構(gòu)建和實驗結(jié)果與討論29-37
• 4.1 液膜系統(tǒng)的構(gòu)建29-31
• 4.1.1 兩種幾何形狀相反的液膜結(jié)構(gòu)簡介29-30
• 4.1.2 幾何形狀相反的兩種液膜系統(tǒng)的構(gòu)建30-31
• 4.2 實驗結(jié)果及分析31-36
• 4.2.1 激光作用下液體薄膜的流速與光功率的關(guān)系32-33
• 4.2.2 激光作用下液體薄膜的流速與照射位置的關(guān)系33-34
• 4.2.3 激光作用下液體薄膜的流速與激光照射點液膜厚度的關(guān)系34-35
• 4.2.4 激光作用下液體薄膜的流速與基礎(chǔ)界面張力的關(guān)系35-36
• 4.3 本章總結(jié)36-37
• 第五章 理論分析37-45
• 5.1 楔形液膜定向運動機制的探索37-38
• 5.2 熱力學機制引起楔形液膜的定向流動38-44
• 5.3 本章總結(jié)44-45
• 第六章 結(jié)論與展望45-47
• 6.1 結(jié)論45
• 6.2 展望45-47
• 參考文獻47-50
• 在學期間的研究成果50-51
• 致謝51

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