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微通道中非牛頓流體流動特性的數(shù)值模擬

發(fā)布時間:2024-04-21 12:43
  微流控系統(tǒng)具有樣品消耗少、檢測速度快、多功能集成等特點,在生物化學(xué)等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。微流控系統(tǒng)中涉及的檢測樣本多為非牛頓流體,因此,探究微通道內(nèi)非牛頓流體的流動特性對微流控系統(tǒng)的應(yīng)用至關(guān)重要。本文基于格子Boltzmann方法,在多種構(gòu)型的分叉微通道內(nèi)模擬剪切稀化流體的無量綱壓力降及速度差值,分析流體特性和微通道幾何構(gòu)型對非牛頓流體流動行為的影響機(jī)理。主要研究內(nèi)容包括:1.將非牛頓流體冪律模型引入牛頓流體格子Boltzmann模型,數(shù)值模擬了矩形截面分叉微通道內(nèi)剪切稀化流體的流動特性,探討了溶液濃度、入口速度和分叉角度對壓力降的影響。結(jié)果表明:壓力降隨著入口速度和溶液濃度的增大而增大,分叉角度為90°的微通道壓力降最小,當(dāng)分叉角度大于90°時,壓力降隨著分叉角度的增大而減小,當(dāng)分叉角度小于90°時,壓力降隨著分叉角度的增大而增大。微通道內(nèi)各截面處壓力降呈拋物線形,最大值出現(xiàn)在微通道中間截面處,流變特性是影響最大的因素。2.模擬了等流量矩形截面分叉微通道內(nèi)剪切稀化流體的流動特性,分析了流體流變特性和微通道幾何構(gòu)型對非牛頓流體壓力降和速度差值的影響。結(jié)果表明:分叉角度為90°的微通道...

【文章頁數(shù)】:70 頁

【學(xué)位級別】:碩士

【部分圖文】:

圖2.1模擬尺度??Fig.?2.1?Scales?of?simulation??-12-??

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和邊界條件,并通過模擬了二維方腔內(nèi)頂蓋驅(qū)動流,驗證程序??的準(zhǔn)確性。??2.1碰撞算子模型??在格子Boltzmann方法中,流體由粒子群代替,粒子流沿著給定的方向(格子鏈)??遷移并在格子節(jié)點處發(fā)生碰撞重整,碰撞和遷移過程都是局部的,易于編程,具有良好??的并行性。格子Bolt....


圖2.5反彈格式三??Fig.?2.5?Bounce?back?scheme?three??2.?3.?2已知速度邊界條件??

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圖2.6計算域邊界??Fig.?2.6?Computing?domain?boundaries??西邊界未知量為??Pw=[/o+/2+/4?+?2(/3+/6+/7)]?(2-12)??

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圖2.7計算流程圖??Fig.?2.7?Calculation?flowchart??-18-??

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?微通道中非牛頓流體流動特性的數(shù)值模擬???格子玻爾茲曼方法中非牛頓流體特性的模擬,采用了根據(jù)剪切黏度調(diào)整松弛時間的??直接方法進(jìn)行[63,64]。首先計算格子的黏度,再根據(jù)黏度調(diào)整松弛時間。其中,通過式(2.32)??迭代計算形變速率張量,根據(jù)式(2.33)對剪切速率進(jìn)行計算?....



本文編號:3960884

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