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微流控多尺度现象研究

冀封  
【摘要】: 论文针对微流控系统中的DNA动力学、电渗流、DNA空间压缩和微流道内传热等多尺度现象进行了数值模拟研究和分析。提出了一种解决宏观尺度有限元法和介观尺度布朗动力学耦合数值模拟跨尺度问题的分区域插值算法,设计了一种能够实现最大程度拉伸DNA的新型微流道结构;提出了一种研究非均质电渗流特性的多尺度有限元方法,数值模拟结果显示非均质电渗流速度分布不再是均匀的栓塞状流型;研究了DNA多层次跨尺度空间压缩问题,探讨了DNA空间压缩第一层结构即核小体向第二层结构即纤维体的过渡问题;分析了微流道内的流动和传热特性,探讨了不同密度和不同温度梯度下的多尺度热行为。 本文的研究结果可以指导微流控芯片的跨尺度设计和DNA组装等生物制造;论文的多尺度数值模拟技术和程序具有普遍应用意义,为多尺度机械设计理论打下了基础。


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