梯形截面微流控芯片中电渗流的实验检测

设计和制作了一种具有梯形截面的双T形结构微流控芯片,对其微通道内表面和几何参数进行了测试。基于电流监测法,测量了微流控芯片通道内的电渗流速度,得到实验结果与理论模型一致;并分析了电场强度、溶液浓度等对电渗流的影响。实验结果表明:1)梯形截面微流控芯片中电渗流速度与电场强度为线性关系,电场强度增大,电渗流速度成比例增大;2)随着溶液浓度的增加,电渗流速度非线性降低。最后提出了微流控芯片在应用过程中需要注意的综合因素。更多还原     

平板微管道内双层流体瞬态电渗流动

为了有效控制和优化设计微流控芯片的驱动系统,考虑平板微管道内借助导电流体电渗流动拖动非导电流体流动的双层瞬态电渗流。首先根据静电学理论和流体力学理论,建立双层瞬态柯西动量方程,利用拉普拉斯变换法首次求解出瞬态解析解;其次,讨论不同电动宽度下双层速度和流量分布随时间的变化,发现壁面附近导电流体先获得速度,再带动整体导电流体以及非导电流体向前流动,液-液界面黏性效应消耗部分导电流体电渗流的动量,从而双层电渗流呈现抛物型速度剖面,速度最高值发生在导电流体区域内。且电动宽度对导电流体流动速度和流量的影响更为显著。另外,当无量纲时间达到O(1)时,瞬态流动基本进入稳态。     

交流电渗微泵理论模型与数值仿真

通过交流电渗流的产生机制及对非对称电极交流电渗微泵驱动原理的分析，建立了交流电渗微泵的物理模型和数学模型．根据微通道内电势分布满足Laplace方程，确定了交流电渗微泵微通道内电势及电场分布．并且利用设定的微通道内流场的边界条件，对Navier-Storks方程进行了数值仿真计算，获得了微通道内电渗流流场，分析表明其仿真计算与实验结果具有较好的一致性．从而验证了交流电渗微泵理论模型的正确性，为进一步研究和分析非对称电极交流电渗微泵提供了理论工具和仿真手段．     

薄膜式气动微阀的流动特性研究

通过分析薄膜式气动微阀的内部流动特性,研究控制通道的驱动方式以及阀膜片结构对微阀耐压性和有效性的影响.建立不同微流道内控制方程和阀膜片的受力方程;计算压力驱动和速度驱动下微阀内部的流场特性,分析平展膜和波形膜的变形规律.搭建实验测试系统,测试不同入口速度下微阀的关闭性能.研究表明:压力驱动较速度驱动具有更好的控制性能,但容易造成阀膜片变形失效.波形膜较平展膜具有更好耐压性,并且可以增强控制的灵敏度和有效性.     

二维微流道电渗-压力驱动流流动特性解析解分析

用Poisson-Boltzmann (P-B)方程、外加电场的Laplace方程和描述电渗-压力驱动流流场分布的N-S方程,求解了电渗-压力驱动流流场的无量纲速度的近似解析解,以及电渗-压力驱动流与压力驱动流壁面剪切力比.定量研究不同电荷浓度、外加电场强度、zeta电势以及单位压降对流场无量纲速度分布的影响。研究表明:对于在较低雷诺数下的微细流道内流动,双电层的电粘效应确实可以引起壁面剪切应力的增大,随着沿程压降的增大,电粘效应的重要性相对减小,但仍然对流动具有较大影响,双电层电粘效应的存在是微细管道内流动特性与传统理论存在差异的原因之一。     

微泵的分类及其研究的最新进展

对近年来所研究的压电式、静电式、电磁式、气动式、电渗式、表面张力式、磁流体式和热气泡式微泵的设计方法、驱动原理和工作特点分别进行了系统的总结,介绍了国内外具有代表性的几种微泵的系统结构、部件尺寸、性能参数,进行了归纳和对比分析,总结了微泵的发展趋势,为今后微流体驱动方案的设计提供参考.     

基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器

为改善微尺度下流体的混合效果,提高微混合器的混合效率,设计制造了一种基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器。该微混合器以双腔串联压电泵为驱动源,结合Y型多拐角螺旋式三维流道,基于PMMA封装键合工艺,在一定温度、压力条件下键合而成。应用CAE软件对结构进行了仿真优化设计,优选出最佳结构参数,最终确定外形尺寸为50mm×35mm×7.2mm。在实验室内进行了脉动和混合效果实验,实验结果表明:当频率为50Hz,输出流量约为1mL/min时,流道内脉动效果明显;压电微泵脉动混合技术和多拐角流道结构促进微流体混合,是一种融合了主、被动混合器特点的新型微混合技术。     

凹槽型微通道内液体流动换热特性的实验研究

微通道热沉是解决微机电系统电子元器件冷却问题的有效途径.为提高微通道热沉的传热性能,设计2组不同水力直径的微通道热沉,分别在其流道壁面加工三角形凹槽和扇形凹槽.搭建微通道内液体单相流动与换热实验平台,以去离子水为流体介质,实验测试不同流量下微通道热沉的进出口液体压力、温度和加热面温度.以微通道流动压降、摩擦常数、加热面...     

轮泵复合式两栖驱动方法

将360°回旋喷管和二维矢量推进特性引入到喷水推进装置, 通过对现有两栖机器人的运动特性、两栖环境适应性的综合分析,将中空的驱动轮与轴流叶片进行复合,设计了一种轮泵复合式的两栖矢量喷水驱动装置. 根据动量定理与流道压力能损耗理论,求解了两栖喷水驱动装置的二维推力与电机转速的预估值. 基于能量守恒和粘滞阻力原理建立了驱动电机转矩的预估模型. 对两栖推进装置进行CFD仿真,得到了推进器内部流道的压力、速度等流动特性. 最后制作了轮泵复合式推进器,测试了推进器的推力性能,得到了特征尺寸为50 mm×100 mm×90 mm的推进器转速为2 800 r/min时推力大小为6.5 N,与仿真结果对比误差小于8%,验证了该构型在水下推进的有效性和二维矢量推力特性.     

离心式纸浆泵内部流动的数值模拟

为研究小流量工况下离心式纸浆泵内部流动特性,采用Mixture多相流模型对某一离心式纸浆泵内部流动进行三维不可压两相湍流流动计算,并与清水工况的计算结果进行了比较。对比分析了不同流量工况及介质对泵内流体速度、压力和体积浓度分布的影响,并预测了水力性能。结果显示:纸浆泵叶轮流道内速度变化不均,存在大面积回流;相同介质时,流量越小叶轮流道内部流动越不稳定;相同工况下,清水介质下的流动较两相流时更为稳定;两相流时泵的扬程及效率整体都低于清水介质;纸浆分布局部不均,叶片表面进口处叶根和叶顶部位浓度较大,易造成局部磨损,降低叶轮寿命。     

CO2空气源热泵热水器的实验研究

为了研究跨临界CO2热泵系统外界因素对系统性能的影响规律,在自行搭建的实验台上通过改变冷却水体积流量、冷却水进口温度和环境温度研究系统性能变化,分析CO2质量流量、压比、制热量和制热系数(COPh)等系统参数的变化趋势,研究压缩机绝热效率和换热器热交换完善度对制热系数的影响.在测试工况范围内,实验结果表明:当冷却水体积流量增加或冷却水进口温度降低时,CO2质量流量、压比和压缩机功率减少,制热量和制热系数增加;当环境温度升高时,CO2质量流量和制热量增加,压比和压缩机功率基本不变,制热系数增加;压缩机绝热效率与气体冷却器的热交换完善度成为制约制热系数提高的2个重要因素.     

多级离心泵内部间隙流动与泄漏损失

为研究多级离心泵前后密封口环对整体水力性能和容积损失的影响,以某高压离心泵为分析模型,建立叶轮、导叶和密封环一体化的整体模型并进行了三维流场模拟,得到不同工况下多级泵的水力性能和口环间隙泄漏量,分析间隙内的流场结构.结果表明,考虑环形间隙结构的全模型性能预测结果与试验值取得较好的一致,在设计点附近的泄漏量预测值与经验公式计算结果接近.高压多级离心泵内部泄漏损失对性能存在明显的影响,间隙内的回流和叶片出口处的损失随流量增加而减小,相反地,叶轮入口处的损失因流量和间隙泄漏量增加而增大.     

交流电场作用下微电极表面电渗流流速的计算

为解决微流体在交流电场作用下电极表面电渗流的流速计算方法,在电极极化产生双电层的基础上,建立了交流电渗等效电路模型,通过对双电层容抗和溶液电阻的计算,得出了微电极表面交流电渗流流速的计算公式,并对各点交流电渗流速与频率的关系进行了分析.结果表明,电极参数为宽80μm,长2 mm,电极间距20μm的对称电极交流电渗,在电极表面上的各点电渗流流速与输入信号频率对数呈正态分布状态.研究结果为交流电渗驱动微流体提供了理论参考依据.     

低比转速离心泵内部流场数值模拟

采用三维定常雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart—Allmaras湍流模型,对复合叶轮离心泵内部三维流场进行整机定常数值模拟,得到了复合叶轮离心泵内部流场的速度分布和压力分布。分析在不同流量点下复合叶轮和蜗壳内部流场,揭示离心泵内部的重要流动特征,证实了过流部件间相互作用引起的离心泵内部流场的不对称性。数值模拟结果表明,复合叶轮离心泵的整机数值模拟分析能够较准确地预测出离心泵内部的流场结构及性能参数。     

蒸发冷却与机械制冷复合高温冷水机组火用分析

对蒸发冷却与机械制冷复合高温冷水机组进行了火用火用分析.并根据实际测试数据分别计算出蒸发冷却段与机械制冷段进出口火用的大小.通过对整个复合系统进行火用分析,得出该复合高温冷水机组的火用效率及火用效比.从火用效率的角度比较分析了蒸发冷却预冷冷凝器进风后对风冷热泵性能的影响.提出了节能改进方案.     

多级液力透平效率理论分析及数值计算

为预测多级离心泵作透平的水力效率,以DG85-80多级离心泵为模型,对多级离心泵作透平的性能进行理论分析,提出多级离心泵透平工况下最优效率与泵工况下最优水力效率的关系,得到多级离心泵作透平时的最优效率,并应用CFD软件,对多级离心泵作透平时内部流场的水力性能进行数值分析,所得到的结果与理论分析的结果进行比较,发现在最优效率点的效率能够较好地吻合,误差为2.74%。为了获得多级离心泵的内部流场特性,对不同流量与同一流量下不同位置的相对速度和静压力进行分析,得出叶轮内低速区域随着流量增大而减小,在第1级到第4级压降基本相等,第5级的压降最小。       

微槽冷却热沉结构尺寸的优化设计

以热阻和压降作为2个目标函数建立了微槽冷却热沉的多目标优化模型,采用序列二次规划(SQP)方法对微槽的结构尺寸进行了优化设计。优化结果表明:微槽冷却热沉的结构形状对传热性能有很大的影响,与三角形和梯形结构相比,矩形微槽结构的传热效率更高。给出了2种加权系数情况下的优化尺寸,相应的微槽宽度分别为130μm和120μm,槽栅的宽度分别为176μm和350μm,微槽的高度分别为640μm和1000μm,相应的热阻分别为0.4857K/W和0.5094 K/W。对以上得到的优化结构的微槽冷却热沉的流体流动和传热进行了数值模拟,得到芯片的最高温度分别为358.34 K和361.52 K,完全可以满足工作芯片对温度的要求。     

液力变矩器泵轮内流场的数值分析

利用流体分析软件STAR CD对W305型液力变矩器内部流场进行了数值计算。采用混合平面理论处理旋转速度不同的各叶轮之间的相互作用。基于计算结果重点分析了泵轮内流场的特性,对泵轮进出口平面的速度和压力分布进行了研究,并与相关公开实验数据进行了定性对比,同时还对外特性进行了计算。将计算结果与试验数据进行对比表明了流场计算是十分准确的。     

水压轴向柱塞泵配流盘预升压角

为了调查流量特性,以水压轴向柱塞泵为研究对象,在考虑预升压角的作用和关键摩擦副泄漏的前提下,建立了泵实际输出流量的数学模型,对配流盘的结构参数进行了设计计算.运用PumpLinx软件对不同预升压角下泵的流场进行了数值模拟,对泵的流量特性进行了分析.研究结果表明:水压轴向柱塞泵在排水过程中,会产生流量倒灌现象,使得单个柱塞腔内的压力和流量以及泵的输出流量产生脉动.增大预升压角可以增长柱塞腔内部流体的预压缩时间,减小柱塞腔内部和泵出口的压力差,从而减少柱塞腔的流量倒灌量,降低柱塞腔内的压力和流量脉动.适当增大预升压角有利于提高泵的流量特性,预升压角取20°时,泵的流量特性最佳.但预升压角超过20°时,预升压区和预卸压区流量倒灌的叠加会导致泵出口的流量脉动增大.     

活塞往复泵内流场非稳态数值模拟

为提高空间液体火箭推进系统性能,满足航天任务的轻质需求,采用活塞往复泵对推进剂进行增压输送。采用动态层和局部重划2种动网格技术研究往复泵内的非稳态流场,分析了活塞挤压推进过程中内流场的压强分布,得到了往复泵的压强输出特性以及结构参数对往复泵平均流量的影响。结果表明:往复泵输送推进剂时压强升高迅速,其单向阀在活塞行程末端有效阻止了推进剂回流;双缸往复泵交替作用时,有利于对推进剂的平稳输出。