光动微流液体的应用研究

发布时间：2017-05-13 04:00

  本文关键词：光动微流液体的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着光学理论的不断丰富和完善,光在人类生活和工作中的应用也越来越广泛。特别是由于激光具备的一系列的优点和特性,所以人类对其的研究更加深入。我们使用红外激光照射漂浮在一种液体上的另一种不相溶液体薄膜产生了定向流动。本次课题利用粒子图像测速(Particle Image Velocimetry)技术对液膜的形态和行为规律进行了系统研究。相比传统的粒子测速技术,PIV具备无扰动、精度高、非接触、测量范围宽等特性。通过光源照明系统和CCD摄像机来获得均匀散布在被测流场介质中的示踪粒子的清晰的运动图像。利用PIVview2C软件进对获得的运动图像进行数据分析并获得流场的速度分布。PIV技术的主要有优点：(1)可以有效地屏蔽传统的粒子速度测量系统中仪器所带来的干扰；(2)整个流场介质的速度分布可以利用PIV技术直接获得。随着激光器、CCD摄像机以及数字图像处理等软硬件技术的不断发展,粒子图像测量已经从二维平面发展到了三维立体空间。PIV技术已经成为流体速度测量主要技术手段。实验中采用了两种相反几何结构的癸烷-水层状液体系统。结果发现,在漂浮的癸烷膜中红外激光推动液流方向总是指向液膜变薄的方向。我们对上述微型液流的形态和行为规律进行了系统的研究,通过实验我们发现液膜流速会随着激光功率的增加而增加,并且随着液膜厚度的增加而减慢。当我们水层中加入吐温-80(一种离子表面活性剂)时,在常温下癸烷-水层之间的界面张力会减小,液膜的流动速率会随着界面张力的减小而减小。液流形态和行为规律无法用Marangoni机制解释。因此认为,液流由另一种截然不同的热力学机制所推动。以这一新的机制为基础,理论上得到的液流结构和方向与实验结果一致,理论预测的液流流速与实验结果数量级相同。本次课题的研究的液膜的定向运动可以广泛地应用于微流控,微机械领域,对于探索新型微动力具有重要的现实意义。
【关键词】：红外激光 粒子图像测速 楔形液膜 热力学机制
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O551;TN249
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 论文选题11-13
• 1.4 论文的主要研究内容13-14
• 第二章 物质的传热与传质14-21
• 2.1 热量传递概述14-16
• 2.1.1 基本传热方式14-15
• 2.1.2 温度场与热态15
• 2.1.3 传热速率、传热系数以及热阻15-16
• 2.2 质量传递概述16-17
• 2.2.1 传质的基本概念16
• 2.2.2 对流扩散方程16-17
• 2.3 MARANGONI效应17-19
• 2.3.1 表面张力梯度17-18
• 2.3.2 Marangoni效应的常见应用18-19
• 2.3.3 Marangoni对流的流态及分析方法19
• 2.4 本章总结19-21
• 第三章 粒子图像测速技术(PIV)21-29
• 3.1 PIV技术简介21-23
• 3.1.1 粒子图像测速系统的组成21-22
• 3.1.2 示踪粒子的选择22
• 3.1.3 PIV技术的基本原理22-23
• 3.2 本次课题PIV系统的构建23-28
• 3.2.1 示踪粒子23-24
• 3.2.2 照明系统24
• 3.2.3 图像采集系统24-25
• 3.2.4 数据处理系统25-28
• 3.3 本章总结28-29
• 第四章 液膜系统的构建和实验结果与讨论29-37
• 4.1 液膜系统的构建29-31
• 4.1.1 两种几何形状相反的液膜结构简介29-30
• 4.1.2 几何形状相反的两种液膜系统的构建30-31
• 4.2 实验结果及分析31-36
• 4.2.1 激光作用下液体薄膜的流速与光功率的关系32-33
• 4.2.2 激光作用下液体薄膜的流速与照射位置的关系33-34
• 4.2.3 激光作用下液体薄膜的流速与激光照射点液膜厚度的关系34-35
• 4.2.4 激光作用下液体薄膜的流速与基础界面张力的关系35-36
• 4.3 本章总结36-37
• 第五章 理论分析37-45
• 5.1 楔形液膜定向运动机制的探索37-38
• 5.2 热力学机制引起楔形液膜的定向流动38-44
• 5.3 本章总结44-45
• 第六章 结论与展望45-47
• 6.1 结论45
• 6.2 展望45-47
• 参考文献47-50
• 在学期间的研究成果50-51
• 致谢51

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴子生;许国良;严忠;;液膜稳定性的研究(Ⅰ)——电容法测液膜的厚度[J];东北师大学报(自然科学版);1985年02期

2 卢川;段日强;姜胜耀;;下降液膜流动不稳定性实验研究[J];清华大学学报(自然科学版);2008年09期

3 叶学民;姜凯;沈雷;李春曦;;含活性剂超薄液膜演化过程的稳定性研究[J];力学学报;2013年05期

4 王振东;n层牛顿薄液膜的稳定层流[J];河北大学学报(自然科学版);1978年00期

5 丁tD才;严忠;;液膜原理及其应用[J];东北师大学报(自然科学版);1979年01期

6 张瑞华;;液膜分离技术:Ⅱ、液膜的研制及应用[J];江西师院学报(自然科学版);1980年02期

7 刘怿;液膜手套的制法与使用[J];今日科技;1995年10期

8 何鼎胜,马铭;镉离子在N_(235)为载体的液膜体系中的传输[J];湖南师范大学自然科学学报;1998年04期

9 何峰;王志军;黄义辉;叶鹏;王锦程;;存在液膜的毛细蒸发过程研究[J];物理学报;2013年24期

10 沈权民;; 神奇的液膜[J];科学24小时;2002年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 孙艳阁;吕韦钦;李春秀;李英;;采用傅里叶变换红外光谱表征泡沫液膜的特性[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第26分会：胶体与界面[C];2014年

2 于欢;沈胜强;梁刚涛;;单液滴撞击球面液膜铺展特征分析[A];高等学校工程热物理第十九届全国学术会议论文集[C];2013年

3 王庆久;王丽颖;李桂英;;液膜解毒理论研究(摘要)[A];第三次全国急诊医学学术会议论文摘要汇编[C];1990年

4 赵飞;佟明羲;杨立军;王辰;崔坤达;刘路佳;段润泽;;幂律流体射流撞击形成液膜的理论和实验研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 张子杨;鲁仰辉;王欢;安旭;宋宜豪;;大型试验台架中针对流动液膜的测量方法研究[A];中国核学会核能动力分会2013年学术研讨会论文集[C];2013年

6 梅宁;张则荣;陆建辉;;竖直螺旋槽管壁面液膜流动特性的研究[A];自然、工业与流动——第六届全国流体力学学术会议论文集[C];2001年

7 周志强;彭杰;;管道内附UCM流体液膜的稳定性问题[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年

8 佟明羲;王辰;赵飞;杨立军;崔坤达;刘路佳;段润泽;;二维黏弹性流体平面液膜的热毛细不稳定性[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

9 卢敏;武斌;朱家文;;胺法脱除CO_2过程的研究[A];上海市化学化工学会2005年度学术年会论文摘要集[C];2005年

10 郭盛昌;陈蔼t

本文编号：361484