微纳尺度通道流动理论及应用PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1.1微纳尺度通道流动的应用 1

1.1.1微机电系统 1

1.1.2纳机电系统 3

1.1.3微全分析系统 5

1.2研究微纳尺度流动的重要性 8

1.3微纳尺度流动的特点 10

参考文献 13

第二章 微纳尺度流动基础 17

2.1微纳尺度流动的流场参数 17

2.1.1 Knudsen数 17

2.1.2流动区域的划分 18

2.1.3其他一些重要参数 18

2.2微纳尺度流动的基本方程 19

2.2.1连续区和滑移区流体运动基本方程 19

2.2.2低Kn数过渡区流体运动基本方程 21

2.2.3对流扩散的控制方程 22

2.2.4电渗驱动流体运动基本方程 22

2.2.5边界条件 22

2.3微纳尺度流动的数值模拟 29

2.3.1基于连续介质假设的方法 30

2.3.2 基于分子模拟的方法 40

2.3.3格子Boltzmann方法 44

2.4微纳尺度流动的实验测试技术 50

2.4.1影响微纳尺度流场实验的因素 50

2.4.2流动参数测量 52

2.4.3流动显示技术 54

参考文献 55

第三章 Burnett方程及稳定性分析 60

3.1 Burnett方程 60

3.2二维增广Burnett方程 61

3.3其他类型Burnett方程 65

3.3.1原始Burnett方程 66

3.3.2 Woods方程 66

3.3.3 BGK Burnett方程 66

3.4 Burnett方程的稳定性分析 67

3.4.1研究综述 67

3.4.2常规Burnett方程的稳定性分析 67

3.4.3增广Burnett方程的稳定性分析 72

3.4.4 Woods方程的稳定性分析 75

3.4.5 BGK Burnett方程的稳定性分析 77

附录 79

参考文献 80

第四章 Couette流及圆管流 83

4.1滑移边界条件 83

4.1.1滑移边界条件表达式 85

4.1.2切向动量适应系数 86

4.2 Couette流的方程和边界条件 87

4.2.1控制方程 88

4.2.2边界条件 90

4.3 Couette流方程的求解和程序验证 93

4.3.1方程求解 93

4.3.2求解Burnett方程和用IP方法计算结果的比较 95

4.4 Couette流动和传热特性 98

4.4.1基本物理量的分布 98

4.4.2马赫数对流场的影响 101

4.5 圆管流场及等效厚度 103

4.5.1基本方程 104

4.5.2黏性系数公式 104

4.5.3计算方法 106

4.5.4计算结果与讨论 106

4.5.5等效厚度 110

参考文献 111

第五章 Poiseuille流及后向台阶流与空腔流 115

5.1 Burnett方程的求解 115

5.1.1求解方法 115

5.1.2源项的处理 116

5.1.3边界条件 117

5.1.4松弛方法 118

5.2二维Poiseuille流动和传热模拟 119

5.2.1程序的验证 120

5.2.2与其他方法所得结果的比较 123

5.2.3入口与壁面温度一致时的结果 126

5.2.4入口与壁面温度不一致时的结果 130

5.3后向台阶流动的模拟 133

5.3.1与其他方法的比较 134

5.3.2后向台阶流动特性 136

5.3.3不同压力比的影响 138

5.3.4不同Kn数的影响 140

5.3.5不同台阶比的影响 141

5.4三维空腔流动的模拟 143

5.4.1方程及求解 143

5.4.2计算结果及分析 145

参考文献 150

第六章 压力驱动下微流动的扩散、混合和分离 153

6.1概述 153

6.1.1微通道内物质扩散理论和数值模拟基本方法 154

6.1.2微通道内物质扩散的实验研究方法 156

6.1.3扩散、混合、分离程度的衡量指标 161

6.2压力驱动下微流动的扩散 164

6.2.1二维微通道中横向扩散 164

6.2.2三维矩形微通道的横向扩散 171

6.3压力驱动下微流动的混合 174

6.3.1二维弯曲通道的流体混合 177

6.3.2 三维弯曲通道的流体混合 178

6.4压力驱动下微流动的分离 180

6.4.1弯道与分离的关系 180

6.4.2 三维矩形截面弯道中流体的分离 180

参考文献 190

第七章 电渗驱动下微流动的扩散、混合和分离 193

7.1概述 193

7.1.1电渗流产生的机理 193

7.1.2电渗流特点 196

7.1.3控制方程 196

7.1.4边界条件 198

7.1.5离散方法 199

7.2电渗驱动下微流动的扩散 200

7.2.1毛细管电泳通道接管对流扩散的理论研究 200

7.2.2毛细管电泳通道接管流动的数值模拟 205

7.3电渗驱动下微流动的混合 210

7.3.1微流动混合研究状况 210

7.3.2控制方程 211

7.3.3边界条件 213

7.3.4计算结果及讨论 213

7.4电渗驱动弯道流中微流动的混合 217

7.4.1基本参数 217

7.4.2计算结果及讨论 218

7.5电渗驱动下微流动的分离及弯道效应的消除 224

7.5.1微流动分离及弯道效应 224

7.5.2弯道效应的数学模型 225

7.5.3弯道效应的显示 225

7.5.4消除弯道效应的新方法 228

7.5.5最优化设计 229

7.5.6结果分析 229

参考文献 234

第八章 微流混合器 239

8.1概述 239

8.1.1微流混合器的应用与性能要求 239

8.1.2微流混合器的分类 239

8.2衡量混合效果的指标 251

8.2.1浓度方差指标 251

8.2.2 Lyapunov混沌指标 252

8.2.3 图像中示踪粒子密度指标 253

8.2.4 CCD图像直接计算混合效率 253

8.3混沌混合理论 254

8.3.1粒子轨道 254

8.3.2各态经历理论 255

8.3.3关联衰减 256

8.3.4映射 258

8.4螺旋式微混合器及其流场的数值模拟 260

8.4.1螺旋式结构的分层作用 260

8.4.2 Re数与混合效果关系 262

8.4.3不同通道结构的混合效果 263

8.5 磁性微混合器 263

8.5.1磁流体的制备 264

8.5.2旋转磁场下磁性流体的动力学特性 267

8.5.3磁性微混合器的原理和性能分析 268

参考文献 270