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液体在微管中流动特性的研究

蒋仁杰  
【摘要】:微管中液体流动特性的研究不仅是渗流力学理论的重要组成部分,也对微机械系统技术(MEMS)的发展提供相关的理论基础。由于理论上和应用上的双重意义,本论文对“液体在微管中的流动特性”进行研究。 论文首先简述了渗流力学的发展和研究现状,以及微机械系统技术的兴起与发展,从而分别从理论上和应用上引出微管中液体流动特性这一课题及其意义;接着介绍了该领域的一些已有实验研究,以及部分研究者对实验结果的一些尝试性的理论解释,然后在已有研究的基础上,汲取成功的经验,并针对其不足之处,进而确定研究的内容与框架。 然后是整个实验研究的准备工作,微管的内径与内表面粗糙度分别用SEM和AFM测量,得到出了精确的微管内径值和微管内表面的粗糙度,并排除了微管内表面粗糙度对实验的影响。 紧接着实验研究了去离子水在压强为0.1-1MPa,内径分别为2.32μm,6.42μm,10.22μm,15.95μm,20.38μm和50.0μm的微管中的流动特性,实验结果表明: (1)去离子水在内径为10.22-50.0μm微管中,压力流量关系曲线和Re和f×Re的关系曲线的实验值与理论值符合得相当好;(2)6.42μm微管的压力流量关系曲线和Re和f×Re的关系曲线的实验值与理论值已明显有所偏离(约为14%—31%),但不是非常显著。(3)而在微管内径为2μm时已相当显著。 改用二氧化碳气体作为压力源,在内径为50.0μm与20.38μm的微管中进行实验。结果表明:流量关系曲线和Re和f×Re的关系曲线的实验值与理论值都有显著的偏离(约为10%-20%),而且在流量关系曲线中,实验流量总是小于理论流量,而在Re和f×Re的关系曲线中,实验值总是大于理论值。根据实验结果,我们给出了一些试探性的解


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