弯曲矩形微纳通道内的流体流动及其传热、传质问题的研究

发布时间：2023-05-18 23:12

　　近年来,微纳通道内的流体流动问题由于其在生物传感器、化学传感器、热控制系统、物质的混合与分离、药物传输、电化学能量转换等方面的诸多应用而受到了越来越多学者的关注.微纳通道内的流体流动具有反应速度较快以及所需试剂量较小等优点.在芯片实验室系统研究中,人们经常会使用弯曲的微通道.这是因为,对于给定单位长度的芯片,弯曲通道的有效轴向长度通常比直通道的有效轴向长度长.在微纳尺度流动的实际应用中,通常都要求精确的流量控制.因此,我们有必要建立合理的弯曲微纳通道内的流体流动的数学模型,并给出相应的解.此外,微纳通道内的流体流动可以根据其不同的驱动机制而应用到不同的方面.基于以上考虑,本文将给出具有矩形截面的弯曲微通道内的电磁流动的传热、传质分析以及弯曲纳米通道内的压力驱动流问题的研究.通过理论分析和数值运算,我们给出了弯曲矩形微纳通道相比于直的矩形微纳通道在提高能量转化效率和降低熵产生等方面的优势.我们将具体分为以下四个问题来研究.(1)弯曲矩形微通道内的电磁流的熵产生问题.我们研究了弯曲矩形微通道内的牛顿流体的电磁流动及其传热问题.首先,在蠕流的假设条件下,给出速度的解析解;然后,通过考虑恒定的...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 微纳通道中流体流动的研究现状
        1.1.1 微通道内的电磁流动及其传热研究
        1.1.2 微通道内的传质研究
        1.1.3 微纳通道内的电化学能量转化效率的研究
    1.2 研究内容和文章结构
    1.3 预备知识
        1.3.1 Maxwell流体的本构方程
        1.3.2 具有矩形截面的弯曲微通道内的电磁流动
        1.3.3 纳米通道内的电动能量转换
第二章 弯曲矩形微通道内的电磁流动及其熵产生问题
    2.1 问题的模型建立
    2.2 问题的求解
        2.2.1 速度场的解析解
        2.2.2 温度场的数值解
        2.2.3 熵产分析
    2.3 结果与讨论
    2.4 本章小结
第三章 弯曲矩形微通道内的振荡电磁流及其传质研究
    3.1 问题的提出
    3.2 问题的求解
        3.2.1 速度分布的解析解
        3.2.2 溶质浓度的数值解
    3.3 结果与讨论
    3.4 本章小结
第四章 弯曲矩形纳米通道内的电动能量转换效率
    4.1 问题的提出
    4.2 问题的求解
        4.2.1 双电层电势分布
        4.2.2 速度分布
        4.2.3 流向势场
        4.2.4 电化学能量转换效率
    4.3 结果与讨论
    4.4 本章小结
第五章 高zeta势下,steric效应引起的弯曲矩形纳米通道内的电动能量转换效率的提高
    5.1 问题的提出
    5.2 问题的求解
        5.2.1 双电层电势分布
        5.2.2 速度分布
        5.2.3 流向势场
        5.2.4 电动能量转换效率
    5.3 结果与讨论
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间已完成的学术论文
攻读学位期间参加的学术会议
攻读学位期间主持或参与的科研项目
攻读学位期间获得的奖励
附录 A
附录 B
附录 C



本文编号：3819185