本书介绍了微纳流动的实际应用以及相关的理论基础；分析了用于微纳流动研究的基本方程——Burnett方程及该方程的稳定性特征；探讨了微纳流动中Coue出流、Poiseuille流和后向台阶流的流动与传热特性；研究了压力和电渗驱动下微纳流动的扩散、混合和分离；叙述了各类微流混合器的特性并探讨了高效微流混合器的设计和模拟方法。
样章试读
目录
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前言
常用基本符号说明
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
京公网安备 11010102004214号