近壁亚微米尺度速度测量

发布时间：2017-12-20 18:40

  本文关键词：近壁亚微米尺度速度测量　出处：《中国计量学院》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：芯片实验室是当今世界上最先进的研究领域之一,芯片实验室各种功能的实现离不开对微纳尺度流动内在规律的深刻理解,其中流场速度测量是研究微纳流动的有效实验手段。随着微流控向纳流控方向发展,需要发展更高空间分辨率的速度测量技术,全内反射测速技术(TIRV)的引入使得这一目标成为可能。目前,全内反射测速技术的运用尚存在一些问题,本文改进了TIRV技术,并以矩形截面微流道为例,实验测量了近壁亚微米尺度速度分布。首先,采用Micro-PIV实验系统,分层测量了矩形截面微流道远场速度分布,测量结果和N-S方程理论解一致,保证了相关实验设备的稳定可靠,为后续的实验打下了基础。其次,针对全内反射测速技术中基准光强确定不准的问题,基于近壁粒子浓度Boltzmann分布、隐失波衰减关系、粒子光强Lorentzian分布等理论假设并考虑粒径分散性的影响,提出了一套确定基准光强的方法。实验测量了近壁速度分布,实现了近壁700nm以内区域的速度分层测量。其中300-700nm区域速度分布和N-S方程理论解吻合较好,相对误差在10%以内;300nm以下的区域,速度测量结果比理论值偏大,这主要是由于粒径分散性的影响。采用新的确定I0的方法与之前的方法比较,结果显示该方法能显著提高速度测量精度。最后,进行了不同粒径的示踪粒子在不同浓度的Na Cl溶液中的速度测量实验,分析了粒径和盐溶液浓度对速度测量结果的影响。实验结果显示,采用小粒径的示踪粒子可以的测量更靠近壁面的速度分布,随着盐浓度的增大,示踪粒子在近壁区浓度增大,速度测量结果更为可靠。另外,我们还分析了实验中的主要误差来源。其中单个粒子垂向定位误差主要来源于粒径分散性。对于速度测量,由于采用了分层平均的方法,通过大量粒子平均可消除部分误差。
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824

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本文编号：1313019