發(fā)布時(shí)間：2018-01-26 10:16

  本文關(guān)鍵詞： 微流控表皮 傳熱 葉脈分叉結(jié)構(gòu) 節(jié)能減排　出處：《重慶大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：微流控技術(shù)是在微尺度空間中構(gòu)建微流動(dòng)流路并加以精微控制的技術(shù)。近年來(lái),這一技術(shù)領(lǐng)域從過(guò)去僅著眼于闡明微流路內(nèi)在流動(dòng)控制或操縱規(guī)律,也將一些注意力延展到這種內(nèi)在微流動(dòng)性能與外在世界之間的相互作用現(xiàn)象上。類表皮微流控裝置,正是其中的一個(gè)例子。本論文在構(gòu)建表皮型微流控技術(shù)裝置的基礎(chǔ)上,探討這種具有微尺度特征裝置的熱能耗效應(yīng)及其應(yīng)用的可能性。首先,從表皮仿生出發(fā),設(shè)計(jì)具有葉脈特點(diǎn)的微流路,探討基于UV平板打印的微流控裝置的構(gòu)建工藝,加工出PDMS/玻璃復(fù)合的類表皮型微流控裝置。接著,對(duì)上述步驟構(gòu)建的類表皮型微流控裝置的熱力性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)表征。為此,在其通道出入口接入熱電偶,并將所構(gòu)建的類表皮微流控裝置固定到可適宜溫控操作與熱成像的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。實(shí)驗(yàn)時(shí),使該微流控裝置預(yù)熱至35~40oC,在入口處分別灌以室溫與0oC的純水,在0.5、5、15ml/min的流量下,通過(guò)熱電偶及紅外熱像儀記錄觀測(cè)其裝置內(nèi)部流路以及裝置外表面的溫度變化。結(jié)果表明,在0oC的純水灌流下,該類表皮裝置可以15min左右從原先的35~40oC降低到17oC,室溫純水灌流也可達(dá)7~10oC的降溫效果。進(jìn)一步從能耗角度的對(duì)比分析表明,這種看似簡(jiǎn)單的類表皮微流控裝置,當(dāng)其內(nèi)部微流動(dòng)與外界溫度場(chǎng)相互作用,也顯示出極為可觀的降溫與節(jié)能效力。圍繞這種類表皮裝置,我們建立一維穩(wěn)態(tài)傳熱模型,結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)典公式,根據(jù)所設(shè)計(jì)的通道尺寸,推導(dǎo)出裝置內(nèi)部流量、溫度與PDMS/玻璃裝置尺寸之間的關(guān)系,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù),通過(guò)MATLAB繪制出相關(guān)溫度的擬合方程,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)一步證明了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后,對(duì)類表皮微流控裝置技術(shù)在生物工程領(lǐng)域的場(chǎng)合如反應(yīng)器溫控、溫室大棚,以及其它工程場(chǎng)合的應(yīng)用可能與前景作了初步分析與展望。
[Abstract]:Microfluidic technology is a technique to construct and control micro-flow path in micro-scale space. In recent years, this field has focused only on clarifying the internal flow control or manipulation law of micro-flow path in the past. Some attention has also been extended to the interaction between the intrinsic microfluidity and the outside world. Epidermal microfluidic devices. On the basis of constructing the epidermal microfluidic device, this paper discusses the thermal energy consumption effect of the microfluidic device with microscale and the possibility of its application. Firstly, starting from the epidermis bionics. The microfluidic system with the characteristics of leaf vein was designed, and the construction process of the micro-fluidic device based on UV plate printing was discussed, and the PDMS / glass composite epidermoid microfluidic device was fabricated. The thermal performance of the epidermoid microfluidic device constructed by the above steps is experimentally characterized. For this purpose, the thermocouple is connected at the entrance and exit of the channel. The epidermis like microfluidic device was fixed to the experimental platform which was suitable for temperature control operation and thermal imaging. During the experiment, the microfluidic device was preheated to 35 ~ 40oC. Room temperature and 0oC pure water were perfused at the entrance, at the flow rate of 0.5 渭 g / min and 15 ml / min, respectively. The temperature changes of the inner flow path and the outer surface of the device were observed by thermocouple and infrared thermal imager. The results show that the flow is filled with pure water at 0oC. This kind of epidermal device can be reduced from 35 ~ 40oC to 17oC in about 15 minutes. The cooling effect of room temperature pure water irrigation can also reach 710oC. The comparison and analysis of energy consumption shows that this seemingly simple epidermis microfluidic control device. When the internal microflow interacts with the external temperature field, it also shows considerable cooling and energy-saving effects. Around this kind of epidermis device, we establish a one-dimensional steady-state heat transfer model, combining with the existing classical formulas. According to the designed channel size, the relationship between the internal flow rate, temperature and PDMS / glass device size is deduced, and the experimental data are combined. The fitting equation of correlation temperature is drawn by MATLAB, and compared with the experimental results, the accuracy of the experimental results is further proved. Finally. The application of epidermal microfluidic technology in bioengineering fields such as reactor temperature control greenhouse greenhouse and other engineering applications is analyzed and prospected.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK172

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本文編號(hào)：1465340