圆形玻璃微通道内液体流动特性的研究

摘要

微通道作为微流体系统内的重要元器件之一，由于尺寸的微小，微通道的制作方法及流体在微通道内的流动表现出独特的现象，使得对微通道的结构与微流体的流动特性的研究成为热点。
　　本文基于玻璃基仿生微通道制备仪得到玻璃仿生微通道，并通过实验和数值模拟研究了去离子水和乙醇在玻璃微通道内的流动特性，分析了液体流动时各参数的变化规律，本文具体研究内容如下：
　　1）完成实验系统的设计，主要包括实验中压力驱动装置，微通道进出口压力差测量和流量的测量，并保证实验系统的气密性。
　　2）利用玻璃基仿生微通道制备仪拉制玻璃微通道。并测量微通道的内外径和长度。对拉制好的直径在14-125μm之间的微通道进行流动测量，得到在相同压力下各微通道的流量，以此为基础，确定实验所需微通道的直径范围。
　　3）确定本实验所用液体：去离子水和乙醇，完成微通道的流动特性实验。主要测量出管道的入口压力和出口流量等参数。并运用Fluent流体分析软件对微通道的流动特性进行数值模拟，探讨分析了不同压力下、不同直径的微通道内流体的流动特性。分析了微通道出口流量随进出口压力差的变化关系、阻力系数随雷诺数的变化关系和泊肃叶数随雷诺数的变化关系，并将数值模拟的结果和实验结果进行了对比分析。
　　4）实验和数值模拟的结果表明，对于实验用的玻璃微通道流量随压力的增大而增大；摩擦阻力系数随雷诺数的增大而减小，且小于常规理论值；泊肃叶数的值为定值，且小于常规理论值，这也说明了泊肃叶数的大小只与管道的形状有关。得到的实验结果与数值模拟结果有差异，这是因为数值模拟微通道与实验微通道具有一定的差异性。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 玻璃微通道的拉制工艺及分析

1.3微通道内液体流动特性研究现状

1.4 本论文研究的内容

第2章 玻璃微通道内液体流动特性分析

2.1 引言

2.2 微尺度基本理论

2.3 流体动力学基本方程

2.4泊肃叶流动理论

2.5 微通道流动研究方法

2.6 本章小结

第3章 玻璃微通道的制备

3.1前言

3.2 玻璃基硼硅酸盐简介

3.3玻璃毛细管制备

3.4 玻璃微通道几何尺寸测量

3.5 本章小结

第4章 玻璃微通道流动特性测量与流动仿真

4.1 实验系统构建

4.2 仿真模型的构建

4.3 本章小结

第5章 玻璃微通道流动特性分析

5.1 前言

5.2速度场分析

5.3压力与流量关系分析

5.4阻力系数与雷诺数关系分析

5.5泊肃叶数与雷诺数关系分析

5.6本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

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致谢