收藏本站
《南京理工大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电磁力扰动作用下微管道中液体流动与混合的特性研究

郭春海  
【摘要】:微小机械装置,无论是在商业化应用还是在科学研究上都变得越来越普遍。而作为微电子机械系统(MEMS)的一个重要分支,微流体系统已得到了很大的发展和广泛的应用。微流体系统包括微传感器、微泵、微阀、微通道、微计量器等元件。微流体系统将采样、混合、反应、分离、检测等功能就集成到尽可能小的操作平台上,而对微升量级的液体的精确操控是实现微流体系统功能的核心和关键,微混合则是其重要环节之一。该过程通常是将两种或多种流体进行混合,而实际上对于仅用压力驱动的微流体管道中流动的Re很小,流动呈层流状态,相邻液体之间的混合方式主要依赖于扩散,而液体分子间的扩散系数大约是10-10m2/s,单独依靠分子扩散实现混合的效率很低,因此如何提高混合效率成为研究的主要目标。 本文给出了一种微管道中主动混合的方案,其基本原理是通过电磁力的作用,诱导微流道中流体发生二次流动,使流道中流体出现往复运动及流体界面的弯曲延伸,使不同流体的接触面积大大地增加,有利于扩散,从而提高混合效率。 采取试验研究与数值模拟相结合的方式对微管道中液体的流动与混合过程进行了研究。首先就电磁力对流动的影响进行了探索性研究,设计了一种小型的电磁力驱动混合装置,并进行了试验研究和数值模拟,两者结果相吻合。在此基础上设计了一种T形微混合器,对不同方式电磁力作用下的混合器中流体流动与混合过程进行了详细的研究。 试验研究过程中采用定性研究与定量研究相结合的方案。通过添加示踪剂的方法定性地研究电磁力对微混合器中流动的影响。采用先进的显微粒子图像测速系统(Micro Particle Image Velocimetry,简称Micro-PIV),对流体的流动与混合过程进行了详细的定量研究。在连续介质模型的基础上进行了数值模拟。数值模拟过程采用有限体积法耦合求解流动的N-S方程、电磁力的麦克斯韦方程以及组分方程,得到了混合器中流体的流动参数分布。 本文给出了评价微混合器中流体混合强度的性能指标,即通过分析在混合器某截面处不同流体的体积分数的方法,来评价混合的效率。并对不同的电磁力作用下的流体的混合情况进行了分析比较,在此基础上对微混合器进行了优化设计。 本文研究表明,电磁力对混合器中流体的流动状态起到了扰动作用,能有效地增强不同流体间的混合。另外通过对不同形式的电磁力及不同的电磁力扰动方式下流动状态的研究表明,电磁力对流场的扰动越复杂,不同流体间的混合效率越高。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP211.4

免费申请
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 唐苏川;垂直轴风力机结构数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 段俐,康琦,申功;PIV技术的粒子图像处理方法[J];北京航空航天大学学报;2000年01期
2 童志义,赵晓东;国内外MEMS器件现状及发展趋势[J];电子工业专用设备;2002年04期
3 王立鼎,刘冲;微机电系统科学与技术发展趋势[J];大连理工大学学报;2000年05期
4 冯旺聪,郑士琴;粒子图像测速(PIV)技术的发展[J];仪器仪表用户;2003年06期
5 殷学锋,沈宏,方肇伦;制造玻璃微流控芯片的简易加工技术[J];分析化学;2003年01期
6 王灵秀;张仁元;陈观生;李石栋;;T型微混合器混合特性的浓度分布评价法[J];分析化学;2008年09期
7 黄金,张仁元,柯秀芳,李爱菊;基于硅结构的微流体混合器的探讨[J];广东工业大学学报;2004年02期
8 杜晓光,关艳霞,王福仁,方肇伦;聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片的简易热压制作法[J];高等学校化学学报;2003年11期
9 王辉,黄淮青,戴忠鹏,高雁,马波,王利,白吉玲,林炳承;自制玻璃微流控芯片及其基本性能考察[J];高等学校化学学报;2005年11期
10 鞠挥,吴一辉;MEMS和微流体分析系统的发展[J];光机电信息;2003年07期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王卫东;面向MEMS设计的微流体流动特性研究[D];西安电子科技大学;2007年
2 朱丽;微流体数字化喷射技术及其在微混合中的应用研究[D];南京理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 范勇;压电致动式微泵的驱动装置结构分析与设计[D];西安电子科技大学;2001年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 金光;宋兴旺;王华;;高温烟气中水滴非等温蒸发的数值模拟研究[J];四川有色金属;2011年01期
2 许建柳;;复合墙体室内温度响应研究[J];四川建筑科学研究;2010年03期
3 王晓璐;黄大宇;;节能多孔砖墙体热工性能的数值计算及应用分析[J];四川建筑科学研究;2010年04期
4 周传辉;吴银光;陈华良;;双层皮玻璃幕墙风口的确定[J];四川建筑科学研究;2011年02期
5 陈威;张爱国;刘倩;戴青;;含湿多孔介质应用于建筑墙体的制冷性能分析[J];四川建筑科学研究;2011年06期
6 张飞,汪继文;一维溃坝问题的间断Galerkin方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年02期
7 鲁嘉华;张志英;;地铁岛式站台火灾环境监测与控制[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年01期
8 彭轩;马驰;;折线布置采空区流场特征与三角煤柱防灭火技术研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年05期
9 徐春秀;蔡龙飞;;微流控芯片平台上细胞胞吞性能的研究[J];安徽农业科学;2011年19期
10 马淼;田懋;景何仿;李春光;;天然河道数值模拟中网格生成中插值方法的研究及应用[J];安徽农业科学;2011年28期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 方俊伟;康毅力;游利军;李相臣;;致密砂岩气藏多尺度传质行为研究进展[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 王利希;周健;Jimmy Tsang;潘乐燕;;汽车空调风道设计及验收方法[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
3 崔海航;刘顺东;沈萍;张鸿雁;常志英;;基于介电电泳微流控芯片的微细颗粒物分离研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
4 秦晓丽;赵新;车秀阁;方勇纯;;超微量定量显微注射建模与自适应控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
5 钱明;牛丽丽;宋瑞波;陈丽平;郑海荣;;微尺度流场的高频超声测速研究[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
6 栾卫涛;李永安;;空气-空气能量回收装置阻力性能的数值模拟研究[A];2011年全国冷冻冷藏行业与山东制冷空调行业年会暨绿色低碳新技术研讨会论文集[C];2011年
7 蔡明庆;刘学来;李永安;;直埋供热管道固定墩热桥能耗分析及节能措施[A];2011年全国冷冻冷藏行业与山东制冷空调行业年会暨绿色低碳新技术研讨会论文集[C];2011年
8 王沣浩;颜亮;冯琛琛;王新轲;;地源热泵岩土热响应测试影响因素分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
9 陈爱强;杨昭;尹海蛟;张娜;;长圆柱形果蔬冷激处理过程传热特性分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
10 崔帅;吴学红;苟秋平;吕彦力;朱兴旺;;球突翅片的传热与流动特性及等效热阻数值分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 任洪波;低密度SiO_2及其复合气凝胶的制备与特性研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 魏洪源;原子分子在δ-Pu上的吸附、离解与扩散过程研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 王忠义;船用燃气轮机排气引射装置性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 付天光;逐孔起爆技术应用基础研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 李蛟;PEDOT:PSS薄膜的掺杂改性及其在有机太阳能电池中的应用研究[D];中国海洋大学;2010年
8 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年
9 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年
10 左远志;熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 侯建军;高温矿井热环境数值模拟及热害控制技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 蒋晶晶;糙率变化对圣维南方程组数值解的影响[D];郑州大学;2010年
3 刘博;叶片式流体设备数字化研发与优化研究[D];郑州大学;2010年
4 姜英芳;交汇式溢洪道模型试验研究和数值模拟[D];郑州大学;2010年
5 张斌;基于MIMU的捷联惯性导航系统数据采集与处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 罗富强;扁管管壳式换热器数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 刘广山;流量周期性变化流场数值分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 丁铜伟;强内热源多孔介质条通道流动换热实验技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 李琦;某16V型柴油机相继增压性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 李楠松;基于PIV测量的噪声分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 倪健,张铎,刘东燕;导弹结构动力可靠性分析[J];弹箭与制导学报;2002年04期
2 陈兴华;吴国庆;曹阳;茅靖峰;张旭东;张玉梅;迟晓妮;;垂直轴风力发电机结构研究进展[J];机械设计与制造;2011年08期
3 叶绍松,阮祥发,赵燕;有限元法在结构分析中的应用[J];机械研究与应用;2005年04期
4 李岩;;垂直轴风力机技术讲座(五) 垂直轴风力机设计与实验[J];可再生能源;2009年05期
5 段文广;;基于FLUENT的液体分布器内部流场分析[J];现代制造技术与装备;2009年02期
6 田海姣;王铁龙;王颖;;垂直轴风力发电机发展概述[J];应用能源技术;2006年11期
7 马晓爽;高日;陈慧;;风力发电发展简史及各类型风力机比较概述[J];应用能源技术;2007年09期
8 李兴国;金鑫;何玉林;;基于神经网络的风力机动力学分析[J];振动与冲击;2009年08期
9 施鹏飞;从世界发展趋势展望我国风力发电前景[J];中国电力;2003年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 赵闻;垂直轴风力发电监测系统设计[D];山东大学;2011年
2 李华明;基于有限元法的风力发电机组塔架优化设计与分析[D];新疆农业大学;2004年
3 丛高伟;离心通风机内部流场的数值模拟分析与比较[D];大连理工大学;2006年
4 任腊春;风力机风轮叶片结构设计与分析[D];西华大学;2008年
5 梁小艳;变桨矩垂直轴风力机总体设计方案研究[D];华北电力大学(北京);2008年
6 张翠勋;变速搅拌槽内流场的数值模拟及实验研究[D];山东大学;2009年
7 李治琴;直驱永磁同步风力发电机变桨控制仿真研究[D];西南大学;2010年
8 聂家林;我国风力发电产业三大主要问题的研究[D];合肥工业大学;2010年
9 李钢强;水平轴风力机结构动力响应分析[D];汕头大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李拴庆,付士萍;微电子机械系统[J];半导体技术;2001年08期
2 朱健;MEMS技术的发展与应用[J];半导体技术;2003年01期
3 王海宁,王水弟,蔡坚,贾松良;先进的MEMS封装技术[J];半导体技术;2003年06期
4 张威,张大成,王阳元;MEMS概况及发展趋势[J];微纳电子技术;2002年01期
5 赵正平,杨拥军;信息MEMS技术[J];微纳电子技术;2002年03期
6 杨友文,王建华;MEMS技术现状及应用[J];微纳电子技术;2003年03期
7 王沫然,陈泽敬,李志信;微喷管内流动和换热的数值模拟与分析[J];微纳电子技术;2003年Z1期
8 冯拉俊,刘毅辉,雷阿利;纳米颗粒团聚的控制[J];微纳电子技术;2003年Z1期
9 王珺,闫献勇,吴岚军,郭少朋;微流体器件在微量液体操作系统中的应用[J];微纳电子技术;2004年10期
10 朱丽,侯丽雅,章维一;微混合器研究进展[J];微纳电子技术;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 杨伟东;颜永年;钟敏霖;张人佶;;直接制造金属型的RP方法探讨[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 朱恂;速度滑移及温度跳跃区微尺度通道内的流动与换热[D];重庆大学;2002年
2 董林玺;微机械电容式传感器及其相关特性研究[D];浙江大学;2004年
3 王洪喜;微结构的静电驱动特性研究[D];西安电子科技大学;2006年
4 杜东兴;可压缩性及粗糙度对微细管内流动及换热特性的影响[D];清华大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 范勇;压电致动式微泵的驱动装置结构分析与设计[D];西安电子科技大学;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭晓凤;张祥兰;;旋转电磁场的理论解析及数值模拟[J];技术与教育;2011年01期
2 胡新宁;王秋良;崔春艳;韩立;鞠昱;王欣;谢亮;;光纤传感测量系统在超导转子旋转装置中的应用[J];光学精密工程;2008年11期
3 孟令雷;倪向贵;王永;段小帅;;基于MTS809的磁悬浮隔振器电磁力测量[J];自动化与仪表;2009年03期
4 叶剑鸿;王志杰;林小川;曹小娟;;直线振动电机非线性电磁特性有限元仿真研究[J];现代电子技术;2008年23期
5 楼向明,郑水英,汪希萱;电磁激振器电磁力线性度的影响因素研究[J];机电工程;1999年02期
6 黄永;冉启银;;电磁场和电荷系统的动量守恒定律和角动量守恒定律[J];内江师范学院学报;2005年06期
7 张继革,吴元强,闫慧杰;控制棒可动线圈电磁驱动机构电磁力增强机理[J];清华大学学报(自然科学版);2004年03期
8 镜子;;因健康风险加拿大大学遏制Wi-Fi[J];互联网天地;2006年04期
9 常瑞;周次明;陈留勇;姜德生;;光纤光栅大电流传感研究[J];光学与光电技术;2007年02期
10 邴志刚,刘媛,王俊松;神经网络在电磁力平衡传感器中的应用[J];控制工程;2003年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 钱庆镳;;动圈式永磁直线电机的磁场和电磁力[A];直线电机与自动化——2002年全国直线电机学术年会论文集[C];2002年
2 张宏伟;焦留成;康润生;王新环;;垂直运动永磁直线同步电动机电磁力角控制策略的研究[A];2004年全国直线电机学术年会论文集[C];2004年
3 吴玥;何吉欢;俞建勇;万玉芹;;带有外加磁场的静电纺丝工艺的理论研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
4 达道安;;利用模拟微重力研制Li-Al合金[A];第九届真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2009年
5 杨海明;王铁军;彭云;张文君;;用于低温冰箱的斯特林制冷机电磁力仿真设计[A];第九届全国低温工程大会论文集[C];2009年
6 徐艳敏;刘丽静;章胤;王知人;;电磁力作用下的细长压杆的稳定性及其分岔[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
7 李琳;翟江源;程建彬;潘娜;;固体火箭发动机磁悬浮试验台架承载力分析[A];2007系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2007年
8 吴存有;;强磁场下取向性材料的制备[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
9 王志滨;宋云涛;;ITER纵场磁体超导母线设计与电磁分析[A];第九届全国低温工程大会论文集[C];2009年
10 陈志华;范宝春;陈耀慧;张辉;周本谋;;流体分离的电磁控制[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 陈志兵蹇司广 李荣国;关注电磁力量动员刻不容缓[N];中国国防报;2007年
2 肖英龙;日本连铸工艺中电磁力应用技术[N];中国冶金报;2006年
3 单佳;连铸工艺用电磁力的研究和今后展望[N];世界金属导报;2001年
4 窦光宇;性能优异的超导电磁船[N];中国知识产权报;2000年
5 山西益通节能技术研究所 刘建平;采用电磁力压制合成石薄板的研究[N];中国建材报;2007年
6 四川 杨泽兴;浅析励磁喇叭和永磁喇叭对声音的影响[N];电子报;2007年
7 ;科学家提出用电磁力测定物体准确质量[N];中国高新技术产业导报;2005年
8 朔州市质量技术监督检验测试所 赵锦琍;电子天平的原理及使用中的故障分析与排除[N];科学导报;2010年
9 杨雄飞;测定电极消耗 改善电极使用性能[N];世界金属导报;2008年
10 实习生 卢丹青;磁悬浮列车:行驶无轮 飞行无翅[N];江苏科技报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭春海;电磁力扰动作用下微管道中液体流动与混合的特性研究[D];南京理工大学;2012年
2 王晓东;电磁力对金属熔体驱动与运动形态控制的研究[D];大连理工大学;2002年
3 于慎波;永磁同步电动机振动与噪声特性研究[D];沈阳工业大学;2006年
4 张辉;以减阻增升减振为目标的尾流的电磁优化控制[D];南京理工大学;2011年
5 李岩;大型电力变压器线圈电磁力和局部过热问题研究[D];沈阳工业大学;1995年
6 许威;基于电磁力的焊接热裂纹及变形随焊控制新方法[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 钟云波;电磁力场作用下液态金属中非金属颗粒迁移规律及其应用研究[D];上海大学;2000年
8 王辉;圆锭电磁铸造电磁力数值计算及金属电磁成型性研究[D];大连理工大学;2004年
9 蒙亮;同步发电机异常非线性特征的研究[D];华北电力大学(北京);2005年
10 滕延锋;高速磁浮轨道梁在车辆荷载作用下的振动研究[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苑淑云;船舶交流磁流体推进新方法研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
2 王继辉;真空灭弧室的磁场计算与分析[D];沈阳工业大学;2007年
3 吴迁;三峡水轮发电机定子汇流环动力分析[D];华中科技大学;2008年
4 牟进发;时变电磁场电磁力及其效果分析[D];燕山大学;2005年
5 张婧;基于电磁力的焊接热裂纹随焊控制新方法[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 李夏云;低雷诺数圆柱绕流电磁控制的研究[D];南京理工大学;2007年
7 徐美松;圆柱绕流电磁控制与优化[D];南京理工大学;2008年
8 芦冰;直线同步电机特性的仿真分析[D];大连交通大学;2008年
9 姚罡;电磁力微成形装置的研制[D];华北电力大学(北京);2009年
10 郝雪莉;永磁电动机电磁振动噪声的计算分析研究[D];沈阳工业大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026