基于滑移边界模拟两类微纳尺度浓度差驱动的流动
发布时间：2021-06-13 22:54
微流动问题是指特征尺寸在微米或纳米级别的流体问题的总称。该问题的特征尺寸及基于相应的尺寸效应使得边界滑移现象成为影响其性能的重要因素。基于浓度差的化学势驱动的流动中,边界滑移主要通过对流体在固液界面处的流动产生驱动作用来影响流场分布,从而影响系统性能。而微纳尺度下的渗透现象作为组成微流体系统重要现象之一,在生物医药、微流体流动、环境治理等众多领域具有较高的运用价值,因此对微纳尺度下渗透现象中边界滑移作用的研究具有重要意义。本文通过对渗透现象中固液界面处流动特性进行分析,建立了满足固液界面流动特性的速度滑移模型,并将其作为边界条件,通过基于COMSOL Multiphysics多物理场耦合模拟平台从两方面来研究微纳尺度下渗透现象中边界滑移作用。其一,研究稳态条件下外加浓度梯度的渗透管流现象。主要通过建立边界滑移修正的流动模型来研究管道中的流场分布、压强分布以及应力分布,从而进一步理解渗透现象,为其在交叉学科中的运用提供理论指导。其二,研究瞬态条件下自建浓度梯度的Janus颗粒自驱动特性。主要通过建立边界滑移修正的自驱动模型来研究催化反应产生浓度梯度下的流场分布以及固液界面处的粘性应力分布...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微型加速度计示意图
西安建筑科技大学硕士学位论文大科技之一，广泛地应用于生物检测,同时为 μTAS 性能提升扩大应用范围提供了可能。图 1.2 所示的是一种典型的 μTA技术在微米晶片上刻画出数百万条用于捕捉和检测单个 DN10nm 的平行通道。但在纳米尺寸下，表面现象成为流体输运此，对于如何降低该类阻力、提高微纳系统性能，已经引起。这些发现对于我们解决微纳系统当前研究出现的问题提供尽管当前微纳系统涉及到的流体种类（液体、气体）不同，体的流动，那么在微纳流动中必须考虑边界滑移的作用。
图 1.3 Navier提出的边界速度滑移模型[12]随后，Maxwell 于 1879 年根据分子运动理论推导出稀薄气体运动条件下的滑移速度方程：(1-2)其中 表示气体分子平均自由程； 表示固体界面上气体分子中发生漫反射的分子所占气体总分子数的比例，通常也称为切向动量调节系数（ ）。而在实际工程中，人们常常假设固体表面足够粗糙，则气体分子将完全发生漫发射，因此 。当 ， 时，比较发现式（1-1）与式（1-2）在形式上是完全一致的。但对于式（1-1）而言，在之后人们的使用过程中并未严格区分流体具体是液体还是气体，且在理论上也未严格证明其适用于液体，因此其仅仅只是一项假设。对于实际流场中，固液界面处流体将形成粘滞层还是如滑移长度模型所描述的直接产生滑移，就当前的观测手段还是很难做出准确判断。通过式（1.1）所描述的边界滑移条件，可以获得如图 1.3 所示的一维 Poiseuille流动的速度分布：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Janus球形微马达的自驱动机理研究:自扩散泳动与微气泡推进[J]. 郑旭,崔海航,李战华. 科学通报. 2017(Z1)
[2]不同粒径Janus微球的自驱动:实验及驱动机制对比[J]. 王雷磊,崔海航,张静,郑旭,王磊,陈力. 物理学报. 2016(22)
[3]正渗透过程中汲取质反向渗透研究进展[J]. 谢朋,张忠国,孙涛,吴月,吴秋燕,李继定,李珊. 化工进展. 2015(10)
[4]流体流动的边界滑移问题研究进展[J]. 吴承伟,马国军,周平. 力学进展. 2008(03)
[5]关于流体流动的边界滑移[J]. 吴承伟,马国军. 中国科学G辑:物理学、力学、天文学. 2004(06)
[6]低分子量中性溶质体系的纳滤膜的透过特性[J]. 王晓琳,中尾真一. 南京化工大学学报(自然科学版). 1998(04)
硕士论文
[1]高分子超/纳滤膜分离过程的数值模拟[D]. 宋卫臣.山东大学 2012
本文编号：3228510
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微型加速度计示意图
西安建筑科技大学硕士学位论文大科技之一，广泛地应用于生物检测,同时为 μTAS 性能提升扩大应用范围提供了可能。图 1.2 所示的是一种典型的 μTA技术在微米晶片上刻画出数百万条用于捕捉和检测单个 DN10nm 的平行通道。但在纳米尺寸下，表面现象成为流体输运此，对于如何降低该类阻力、提高微纳系统性能，已经引起。这些发现对于我们解决微纳系统当前研究出现的问题提供尽管当前微纳系统涉及到的流体种类（液体、气体）不同，体的流动，那么在微纳流动中必须考虑边界滑移的作用。
图 1.3 Navier提出的边界速度滑移模型[12]随后，Maxwell 于 1879 年根据分子运动理论推导出稀薄气体运动条件下的滑移速度方程：(1-2)其中 表示气体分子平均自由程； 表示固体界面上气体分子中发生漫反射的分子所占气体总分子数的比例，通常也称为切向动量调节系数（ ）。而在实际工程中，人们常常假设固体表面足够粗糙，则气体分子将完全发生漫发射，因此 。当 ， 时，比较发现式（1-1）与式（1-2）在形式上是完全一致的。但对于式（1-1）而言，在之后人们的使用过程中并未严格区分流体具体是液体还是气体，且在理论上也未严格证明其适用于液体，因此其仅仅只是一项假设。对于实际流场中，固液界面处流体将形成粘滞层还是如滑移长度模型所描述的直接产生滑移，就当前的观测手段还是很难做出准确判断。通过式（1.1）所描述的边界滑移条件，可以获得如图 1.3 所示的一维 Poiseuille流动的速度分布：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Janus球形微马达的自驱动机理研究:自扩散泳动与微气泡推进[J]. 郑旭,崔海航,李战华. 科学通报. 2017(Z1)
[2]不同粒径Janus微球的自驱动:实验及驱动机制对比[J]. 王雷磊,崔海航,张静,郑旭,王磊,陈力. 物理学报. 2016(22)
[3]正渗透过程中汲取质反向渗透研究进展[J]. 谢朋,张忠国,孙涛,吴月,吴秋燕,李继定,李珊. 化工进展. 2015(10)
[4]流体流动的边界滑移问题研究进展[J]. 吴承伟,马国军,周平. 力学进展. 2008(03)
[5]关于流体流动的边界滑移[J]. 吴承伟,马国军. 中国科学G辑:物理学、力学、天文学. 2004(06)
[6]低分子量中性溶质体系的纳滤膜的透过特性[J]. 王晓琳,中尾真一. 南京化工大学学报(自然科学版). 1998(04)
硕士论文
[1]高分子超/纳滤膜分离过程的数值模拟[D]. 宋卫臣.山东大学 2012
本文编号：3228510
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3228510.html
