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－??

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??

?微通道中非牛頓流體流動特性的數(shù)值模擬???＿來－???＂?０，ｔ?．，５??＝＾—－??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??實際應(yīng)用中，邊界上的速度分量通常是已知的，如通道流的入口速度。己....

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）??

?微通道中非牛頓流體流動特性的數(shù)值模擬???＿來－???＂?０，ｔ?．，５??＝＾—－??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??實際應(yīng)用中，邊界上的速度分量通常是已知的，如通道流的入口速度。己....

圖２．７計算流程圖??Ｆｉｇ．?２．７?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｆｌｏｗｃｈａｒｔ??－１８－??

?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