本文關(guān)鍵詞：基于熵的微流動傳熱特性的數(shù)值分析

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【摘要】：微流控芯片廣泛應(yīng)用于樣品傳輸、分析、檢測以及微電子元器件的散熱,具有尺寸小、成本低、響應(yīng)快和精度高等特點。微流控芯片內(nèi)流體驅(qū)動方式主要為電滲驅(qū)動、壓力驅(qū)動及其混合驅(qū)動。本文對微通道內(nèi)流體流動的傳熱過程進行了理論分析和數(shù)值模擬,系統(tǒng)地研究了各流動參數(shù)對傳熱特性的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:考慮流體熱物變性與焦耳熱效應(yīng)、黏性熱耗散的影響,研究二維平板微通道內(nèi)電滲流的傳熱特性,分析不同的流動參數(shù)對整個傳熱過程的影響。結(jié)果表明大部分情況下無需考慮流體的物變性,焦耳熱系數(shù)進一步抑制物變性的影響。黏性熱耗散是zeta電勢和動電參數(shù)的減函數(shù),焦耳熱效應(yīng)是zeta電勢和動電參數(shù)的增函數(shù)�？傮w上,zeta電勢越大,無量綱溫度越高。使用熵增加原理來研究二維平板微通道內(nèi)電滲—壓力混合驅(qū)動流的傳熱傳質(zhì)過程,分析流體內(nèi)能增大過程中各熱效應(yīng)所占比重。結(jié)果表明反向混合驅(qū)動流內(nèi)無量綱溫度和熵低于正向混合驅(qū)動流的。微通道中心區(qū)域內(nèi)流體的熵是最小的,壁面處的最大。無量綱離子濃度是動電參數(shù)K的增函數(shù)。流動參數(shù)對各熱效應(yīng)的作用較大,影響熵增加過程中各熱效應(yīng)所作的貢獻。考慮黏性熱耗散以及流體電阻非均勻分布的影響,研究二維平板微通道內(nèi)壓力驅(qū)動流的傳熱過程,分析不同流動參數(shù)對傳熱過程及流動電勢的影響。結(jié)果表明電流密度平衡條件可以更準(zhǔn)確地描述電黏性效應(yīng)。動電參數(shù)不影響?zhàn)ば詿岷纳⒌膹娙�。動電參�?shù)K=10時電黏性效應(yīng)最明顯,流體總熵最小。流動速度、熵和流動電勢均為電黏性系數(shù)的減函數(shù)。通過分析各流動參數(shù)對微流體傳熱過程的影響,使得焦耳熱效應(yīng)與黏性熱耗散幾乎不影響傳熱過程,使微流體達到最大的傳熱效率,對微流控芯片的開發(fā)及微電子元器件散熱設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：微通道 熵 焦耳熱 黏性熱耗散 數(shù)值分析
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN492;TK124
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第1章 引言8-15
• 1.1 背景與意義8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文主要內(nèi)容14-15
• 第2章 微通道內(nèi)流體流動的控制方程15-23
• 2.1 微通道內(nèi)溶液流動15-19
• 2.1.1 電勢分布15-17
• 2.1.2 速度場17-18
• 2.1.3 電黏性效應(yīng)與流動電勢18-19
• 2.2 傳熱過程19-20
• 2.3 無量綱處理20-22
• 2.4 假設(shè)條件22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 第3章 微通道內(nèi)流體的電滲流及傳熱過程23-36
• 3.1 控制方程及其邊界條件與建模過程23-25
• 3.2 流動參數(shù)范圍25-26
• 3.3 Debye-Huckel近似適用范圍分析26-28
• 3.4 zeta電勢、動電參數(shù)對溫度的影響28-30
• 3.5 zeta電勢對黏度比、Po數(shù)、Nu數(shù)的影響30-32
• 3.6 黏性變化系數(shù)A對平均速度、Nu數(shù)和Po數(shù)的影響32-34
• 3.7 焦耳熱系數(shù)對平均速度的影響34-35
• 3.8 本章小結(jié)35-36
• 第4章 微通道內(nèi)電滲-壓力混合驅(qū)動流的傳熱傳質(zhì)過程及熵分析36-52
• 4.1 模型假設(shè)與控制方程及其邊界條件36-38
• 4.1.1 靜電場、速度場和溫度場控制方程及其邊界條件36
• 4.1.2 濃度場36-37
• 4.1.3 熵的分析37-38
• 4.2 速度比 Γ、動電參數(shù)K對速度、溫度的影響38-39
• 4.3 焦耳熱、黏性熱耗散系數(shù)對溫度的影響39-40
• 4.4 傳質(zhì)系數(shù)ReSc、動電參數(shù)K和速度比 Γ 數(shù)對離子濃度的影響40-42
• 4.5 不同流動參數(shù)對局部熵的影響42-44
• 4.6 不同流動參數(shù)對總熵的影響44-46
• 4.7 傳質(zhì)系數(shù)ReSc、焦耳熱和黏性熱耗散系數(shù)對各熱效應(yīng)的影響46-48
• 4.8 zeta電勢、動電參數(shù)K對總熵ST及各熱效應(yīng)的影響48-50
• 4.9 本章小結(jié)50-52
• 第5章 微通道內(nèi)壓力驅(qū)動流的傳熱過程及流動電勢52-65
• 5.1 控制方程52-53
• 5.2 電流平衡的速度及其問題53-55
• 5.3 電流密度平衡條件及其流動速度55-56
• 5.4 動電參數(shù)K對速度的影響56
• 5.5 電黏性系數(shù) γ~*、動電參數(shù)K對溫度 θ、熵的影響56-59
• 5.6 電黏性系數(shù) γ~*、動電參數(shù)K和Br數(shù)對Po數(shù)、Nu數(shù)的影響59-61
• 5.7 動電參數(shù)K、電黏性系數(shù) γ~*對流動電勢的影響61-64
• 5.8 本章小結(jié)64-65
• 第6章 總結(jié)與展望65-68
• 6.1 總結(jié)65-66
• 6.2 創(chuàng)新點66-67
• 6.3 展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-75
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果75

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