收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

蜜蜂饮水减阻机制及仿生微流量泵概念设计

李楚楚  
【摘要】:微流体输运器件广泛应用于医疗供药系统、化学分析系统及DNA合成系统等。作为微流体输运器件的核心执行部件,微流量泵的研制一直是微机电领域研究的核心问题,受到国内外学者的广泛关注。目前生物体液检测需在低流速条件下转运高浓度/粘度流体;然而,由于设计与加工技术水平的制约,针对于此类用途的微流量泵的研制尚未有重大进展。前期研究表明,某些膜翅目昆虫具备高度进化的食蜜口器结构。这些结构可以通过口器微结构的周期性伸缩变形完成功能转化,以实现高浓/粘度花蜜的输运。本文选取蜜蜂的口器作为仿生对象,借助微观成像与高速摄像技术,观察蜜蜂口器的微观结构和宏观运动规律,给出流体输运模型并分析蜜蜂饮水的减阻机制。结合理论分析,提出新型微流量泵的概念设计方法。这项研究将丰富和完善蜜蜂饮水机理,对微流体输运器件的发展具有重要的理论意义和工程实用价值。主要研究内容包括:(1)借助微观成像技术,如光学显微镜、扫描电子显微镜、电子计算机断层扫描技术等生物实验方法观测蜜蜂口器微结构的形态。利用高速摄像技术捕捉蜜蜂饮水动态过程,分析蜜蜂口器各部分的运动轨迹及幅度。发现蜜蜂工蜂口器外颚叶的内侧有均匀分布的横纹式凸起,尺寸为微米级。基于这种均匀分布的内脊,建立模型并分析蜜蜂输运花蜜的特性;证明在内脊的高度一定时,其横向分布系数(内脊的间距与宽度之比)是减小蜜蜂输运花蜜阻力的关键因素。蜜蜂外颚叶内脊高度为4μm,当其横向分布系数为40时,摩擦系数减小到0.011,远低于无内脊模型的摩擦系数0.077。(2)横向比较蜜蜂工蜂和雄蜂口器尺寸和饮水特性;发现雄蜂外颚叶内侧也有与工蜂相似的内脊结构,但尺寸(内脊高度、宽度、间距)小于工蜂;且雄蜂输运花蜜的摩擦系数约为工蜂的4倍,即工蜂的饮水减阻特性明显优于雄蜂。完善了蜜蜂饮水模型,引入径向微动度喘振,证明振幅为2μm的周期性径向喘振对蜜蜂摄蜜减阻特性并无显著影响。(3)给出了微流量泵概念设计的一般流程,针对在低速工况下输运高浓/粘度流体的特殊要求,选择膜翅目昆虫的口器为仿生对象。考虑流体宏观压力损失和微观运动特性,提出仿嚼吸式口器微流量泵的概念设计。并借由蜜蜂饮水减阻特性启发,提出新型微流量泵管道设计方法,减小流体在微流量泵中输送的阻力,提高微流量泵的使用寿命。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李旺奎,张涤新,刘强,吕时良,李得天,孟扬,余锡盘;气体微流量标准装置[J];宇航计测技术;1995年06期
2 刘爱春;周振安;刘耀炜;王秀英;蒋子琬;马建英;;新型数字化微流量观测仪的研制[J];大地测量与地球动力学;2007年06期
3 张涤新;赵澜;成永军;冯焱;宋瑞海;;气体微流量测量技术的发展[J];真空;2010年01期
4 赵澜;张涤新;冯焱;成永军;卢耀文;徐婕;;高精度气体微流量计工作用容积的测量[J];机床与液压;2011年11期
5 李旺奎,张涤新,刘强,吕时良,李得天,孟扬;气体微流量标准装置的研制[J];真空科学与技术;1997年03期
6 王庆,李爱华,苟阳明;超声相关微流量计研究[J];仪表技术与传感器;2003年08期
7 张涤新,吕时良,李得天,孟扬;标准气体微流量计的性能测试[J];真空与低温;1995年02期
8 张涤新,孟扬,吕时良;恒压式气体微流量计的设计[J];中国空间科学技术;1999年03期
9 冯焱,成永军,赵定众,张涤新,李得天;恒压式气体微流量计的性能测试[J];真空科学与技术学报;2005年03期
10 孟扬;气体微流量标准装置的测控系统和实验研究[J];中国空间科学技术;1995年02期
11 刘丽娟,牛德芳;一种新式微流量计的研究[J];测控技术;2000年06期
12 冯焱,成永军,赵定众,张涤新,李得天;恒压式气体微流量计测控系统的设计[J];真空;2004年02期
13 成永军,冯焱,张涤新,赵定众;恒压式气体微流量计的测控系统研制[J];宇航计测技术;2004年06期
14 孙东丰;张怀东;;高精度微流量供胶泵原理及应用[J];装备制造技术;2010年09期
15 庞江涛,战长青,谭智敏,钱欣,刘理天,李志坚;微流量泵与微流量传感器的系统集成[J];功能材料与器件学报;1998年02期
16 郭潞璧;赵玉岚;;关于气体的微流量控制[J];低温与特气;1984年04期
17 田东旭,温昕晖,吕时良;定容式气体微流量标准装置[J];真空科学与技术;2000年04期
18 李旺奎,刘强,孟扬;气体微流量测量及标准装置概论[J];真空;1997年02期
19 刘兴占;用于微流量系统的一种微型泵[J];工业仪表与自动化装置;1998年04期
20 陈令新,关亚风;微流量输液泵[J];分析化学;2003年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张涤新;;气体微流量标准装置[A];中国真空学会科技进步奖(1994-2000)得奖人员论文集[C];2000年
2 冯焱;张涤新;成永军;李得天;赵定众;;恒压式气体微流量计的性能实验研究[A];中国真空学会质谱与检漏专委会第十二届年会、中国计量测试学会真空校准专委会第七届年会论文摘要集[C];2004年
3 张涤新;赵澜;成永军;冯焱;宋瑞海;;气体微流量测量技术的发展[A];真空工程学术交流会论文集[C];2009年
4 成永军;李得天;冯焱;赵澜;张涤新;;气体微流量测量技术的研究现状及发展趋势[A];中国真空学会2012学术年会论文摘要集[C];2012年
5 张涤新;郭美如;冯焱;赵澜;李得天;赵定众;;定容式流导法微流量校准装置[A];中国真空学会质谱与检漏专委会第十二届年会、中国计量测试学会真空校准专委会第七届年会论文摘要集[C];2004年
6 张涤新;郭美如;冯焱;赵澜;李得天;赵定众;;定容式流导法微流量校准装置[A];中国真空学会第六届全国会员代表大会暨学术会议论文摘要集[C];2004年
7 李得天;;德国联邦物理技术研究院(PTB)气体微流量计量简介[A];中国真空学会质谱与检漏专委会第十一届年会、中国计量测试学会真空校准专委会第六届年会论文摘要集[C];2002年
8 马宗豪;卞永宁;;聚丙烯酰胺溶液的减阻特性实验[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
9 纪文英;周超英;;球冠倒锥体喷流减阻与降热数值模拟研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
10 张赫男;李翔;陈博;张德远;;仿鲨鱼体表结构的生物非光滑减阻表面制造[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 孔祥伟;微流量地面自动控制系统关键技术研究[D];西南石油大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 李楚楚;蜜蜂饮水减阻机制及仿生微流量泵概念设计[D];中国地质大学(北京);2017年
2 黄靖富;基于微流量特性的地层压力检测方法与机理的研究[D];重庆科技学院;2016年
3 王冬平;微流量检测实验装置研制[D];重庆科技学院;2016年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 记者 周升友;我国首套侧推减阻降噪封盖装置交付[N];中国船舶报;2011年
2 记者 王志良;输气管道减阻耐磨 涂料获得国家认证[N];中国石油报;2001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
  • 010-62982499
  • 010-62783978