干细胞培养微流控芯片气室的分析与设计

利用Realizable κ-ε有限元模型, 对17种气室结构进行了流体力学分析.通过对比分析, 按照迅速换气并减少气体残留的要求, 以减少气体流速较小部分所占气室体积的比例为优化条件, 从17种结构中筛选出2种适合为干细胞培养提供气体的结构;总结出2条设计规律;在实际设计中对这一结构进行了适当改进, 以进一步减少气体残留.仿真结果表明, 本文筛选并改进的结构适用于干细胞培养微流控芯片.     

聚合物微流体芯片热压成型的建模研究

针对聚合物热压过程中呈现出的黏弹性效应而导致不易直接建模问题，采用理论分析结合数值模拟的方法建立了热压过程的力学模型.分析了热压过程中的应力 应变分布与热压机的压力、聚合物的流动速率与应力及位置、聚合物的厚度随热压时间的变化关系.采用有限元方法(FEM)对热压过程进行了模拟，根据模拟结果对理论模型进行修正，获得了聚合材料常数n随时间的变化规律.数值模拟结果表明，该模型可以很好地描述出热压过程聚合物的力学行为，尤其是能够较好的反映出由于聚合物的黏弹性效应而呈现出的时间效应.     

干细胞培养微流控芯片培养区与剪切力有关的分析与设计

针对剪切力是芯片上影响干细胞培养的重要因素,其大小主要由培养基的流速梯度决定,利用realizable κ-ε有限元模型,对8种培养区结构进行了流体力学仿真,得出了培养区内的流速分布,并计算剪切力;通过对比分析,按照减小剪切力、减少液体残留2条要求,从8种结构中筛选出1种适合为干细胞培养提供培养液的结构.根据设计结果总结出2条设计经验.     

聚合物微流控芯片微通道模压成型分析

通过试验研究了聚合物微流控芯片微通道模压的工艺过程和工艺参数(包括模压温度、模压压力、模压时间、不同材料及卸载温度等)对微通道尺寸的影响。建立了模压工艺参数与微通道尺寸的关系,并基于黏弹性模型利用有限元方法进行了模压过程的数值仿真,仿真结果与试验结果基本吻合。本文的研究结果对完善聚合物微流控芯片设计和制作的基本理论和基本技术具有积极意义。     

纳米金修饰的微柱型微流控芯片用于循环肿瘤细胞检测

设计并制作了微柱型聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片,并在通道表面组装纳米金,固定上皮细胞粘附因子(EpCAM)抗体后用于循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cell,CTC)检测。结果表明,纳米金成功组装在γ-氨丙基三乙氧基硅烷硅烷化的PDMS微柱表面,EpCAM抗体功能化的微流控芯片能有效捕获全血中的模型CTCs,当流速小于40μL/min时,捕获效率大于90%。建立一种简单廉价、捕获效率高的CTCs检测新方法,有望为全血中CTCs的分离提供新的策略。     

壳幔耦合动力行为的数值研究

利用有限元法进行地壳与地幔液固耦合分析,考虑多物理场的相互影响以及地幔流体的非牛顿特性等多种非线性特征,有效地模拟计算了多种地学现象,并对一段时间历程的变化进行预测分析.计算结果与部分学者的观测和预测结果吻合.随着计算条件和技术的进一步提高,结果将更加精确和科学.     

ZnO/g-C3N4光催化剂在微流控芯片中的光催化性能

采用浸渍法合成ZnO质量分数不同的ZnO/g-C₃N₄复合光催化剂,分析样品的结构、形态、化学组成和光学性能等. 将制备好的样品固定到微流控芯片中,降解不同的染料（亚甲基蓝、中性红、孔雀石绿、罗丹明B）,评价样品在可见光下的光催化性能. 样品的表征结果表明,在ZnO/g-C₃N₄复合物中,ZnO、g-C₃N₄间存在相互作用,ZnO/g-C₃N₄复合物对可见光的利用更为充分;与g-C₃N₄相比,在ZnO/g-C₃N₄复合物中光生电子-空穴对的复合明显被抑制. 光催化实验结果表明,6 % ZnO/g-C₃N₄具有最佳光催化性能,在光照强度为60 klx,液体流速为20 μL/min时,其对罗丹明B溶液的降解效率为98.9%.多次循环后的光催化降解亚甲基蓝性能研究表明,样品在微流控芯片中进行光催化降解实验具有稳定性和可靠性.     

分流式微通道热沉强化传热性能数值分析

分流式微通道热沉MMHS与一般的微通道热沉MHS相比具有更强的传热能力及散热均匀性, 在电子芯片等高发热设备冷却方面具有优势。该文通过数值方法模拟了MHS与MMHS单个肋通道内的换热过程, 对比分析了两者在总体换热能力及散热均匀性方面的差异。结果表明, 入口流量在0.57~2.87 kg/h范围时, MMHS微通道平均换热系数比MHS提高1倍以上, 同时散热均匀性提高52%以上; MMHS具有的多进口多出口的几何结构和流动过程是MMHS综合换热性能大幅提升的主要原因。     

离子印迹吸附微球微流控制备及DFT性能

为了实现复杂体系重金属废水中目标金属离子的高效选择性去除,基于微流控和离子印迹技术,制备了离子印迹壳聚糖吸附微球,通过批量吸附实验验证和DFT分子模拟佐证的方法,系统研究了吸附微球的吸附特性,探究了目标重金属离子与吸附微球的相互作用机制和靶向结合原理。研究结果表明,离子印迹壳聚糖微球在优化的恒温震荡吸附条件（35 ℃和160 r/min,Cu离子溶液初始浓度400 mg /L、pH = 6）下,可在48 h内到达吸附平衡,对Cu离子的最大吸附容量为117.76 mg/g。此外,吸附速率和等温吸附实验结果符合准二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型,证明离子印迹壳聚糖微球对Cu离子的吸附过程是伴随着电子转移的单层化学吸附过程。而基于印迹模板的离子尺度效应和高电负性、以及目标金属离子与吸附微球分子单体间强结合能,能够实现离子印迹壳聚糖吸附微球在二元和（或）三元共存体系中对Cu离子的快速识别捕获和吸附分离。该研究结果可为新型高效吸附微球的研发和性能优化提供理论指导。     

开口式感应线圈的结构设计与钢-铜管插接接头感应钎焊电磁场和温度场的数值分析

为满足白电压缩机和散热器连接管路的在线感应钎焊,设计了一种开口式异形感应线圈。采用磁-热耦合分析的方法,对钢管-铜管和铜管-铜管插接结构的电磁感应钎焊热过程进行了有限元分析,确定了不同管路插接结构感应钎焊所需的优化工艺参数。利用所建立的三维瞬态有限元数值模型,获得了开口式感应线圈对钎焊接头温度场的影响规律。对同质和异质插接结构进行了感应钎焊实验,结果表明升温曲线和温度分布的测试结果与模拟结果吻合良好。     

三维阶梯结构微混合器设计、制作及性能分析

为改善微纳尺度下流体的混合效果,在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基底材料上,设计制造了一款新型三维阶梯结构微混合器.混合器由一个T-型进样沟道和6个三维阶梯混合单元组成,采用超精密雕刻机在PMMA基片制作微米级结构,利用有机溶剂混溶浸泡法,在低温常压条件下键合得到.数值仿真结果表明:混合器效率受到台阶结构尺寸和流体速度的影响,当0.1≤Re≤5时,混合腔横截面的浓度方差σ0.1,接近充分混合;当流速在1~20 m L/h范围内时,将混合器用于微量溶液p H的调节取得了理想的结果.     

多E1反向复用芯片中数据同步电路的设计及实现

简单介绍了多E1反向复用芯片的工作原理及虚级联技术,并重点介绍了用verilong语言完成的4路E1反向 复用FPGA芯片中数据同步电路的设计。     

基于COMSOL Multiphysics的渗流有限元分析

复杂渗流场的自由面求解、饱和-非饱和渗流场分析以及考虑渗流作用的多场耦合分析等问题是目前水利水电工程计算中的难点和热点.由于这些问题具有较强的非线性,数值模拟难度较大.对COMSOL Multiphysics软件进行了初步的开发和应用,基于Darcy方程、Richards方程等基本微分方程,或者建立自定义偏微分方程模型,进行了渗流分析的数值模拟.对自由面求解问题采用了一种新思路,研究了非饱和渗流计算参数的处理技术,探讨了多物理场耦合分析方法,并通过若干算例,验证了技术路线的合理性和可行性.借助COMSOL对重力坝断面二维渗流场及复杂岩基三维渗流场进行了数值分析,计算成果合理.实现了渗流场与应力场、温度场三场(THM)的全耦合分析,为进一步探索温度-渗流-应力-化学(THMC)全耦合模型的计算奠定了基础.     

基于多物理场耦合的高温FDM喷嘴热—应力仿真分析

针对高温熔融沉积(FDM)喷嘴结构,建立了喷嘴的有限元模型,并利用ANSYS Workbench和Solid Works进行联合建模仿真。针对不同的喷嘴材料进行了热场和应力场的多物理场耦合,为高温熔融沉积喷嘴的研究和优化设计提供了参考。     

气膜屏蔽射流电解加工动态成型及实验研究

气膜屏蔽射流电解加工在高压气体作用下,可成形出精度更高、表面质量更好的微结构。为了掌握气膜屏蔽射流电解加工中材料蚀除规律,对加工间隙内多场耦合作用机理进行了理论研究,并基于Fluent和Comsol软件模拟分析了加工间隙内气液分布、电场、流场和温度场等规律,得出工件表面动态成型演变规律并搭建实验设备进行了实验验证。研究结果表明:与传统的射流电解加工相比,气膜屏蔽射流电解加工下加工间隙内电流密度及温度降低、凹坑宽度及深度变小以及深径比提高,实际加工实验与模拟结果相吻合。     

三维复杂槽型铣刀片力热实验研究及物理场分析

对波形刃铣刀片(前刀面为波形曲面)进行了力热实验研究及物理场分析.进行铣削力实验,建立了波形刃铣刀片前刀面的受力密度函数.在受力密度函数的基础上,对波形刃铣刀片进行应力场分析;在铣削温度实验基础上,建立波形刃铣刀片表面受热密度函数;又在受热密度函数的基础上对波形刃铣刀片进行温度场分析;最后,对波形刃铣刀片的温度场和应力场进行耦合分析,探讨耦合情况下的等效应力的分布规律和受力变形状况.以上工作为槽型优选技术的研究打下理论基础.     

Micro-Fast中升温速率和烧结温度对零件致密化的影响

采用Gleeble-1500D 热模拟机对316L不锈钢粉末进行烧结,制备出尺寸为Φ1.0mm×1.0mm的微型零件。研究了升温速率和烧结温度对微型零件微观组织及性能的影响。结果表明：随着升温速率的增大,粉末颗粒间孔隙数量减少、试样相对密度增加;随着烧结温度的提高,烧结试样基体孔隙数量减少,试样相对密度显著升高;在升温速率为50℃/s,烧结温度为900℃时,可以得到将近全致密的试样,而且烧结温度低于传统烧结方所用烧结温度;试样最大轴向尺寸变化出现在烧结阶段中,说明在多物理场耦合粉末微成形工艺中升温速率比烧结温度更重要。     

波箔气体轴承温度场计算与动静态性能分析

为计算波箔轴承的温度场分布,研究轴承的热特性,推导了考虑外部冷却条件时的平箔片内表面等效对流换热系数,将箔片一侧的导热换热模型耦合到气膜三维能量传递模型中.建立轴承套、转子的导热与对流换热模型,耦合求解非等温Reynolds方程、气膜能量传递方程、箔片变形方程.计算并分析轴承转速、载荷、外部冷却气流等因素对轴承温度的影响,分析了轴承的静动态性能.结果表明:转速对轴承温度影响很大,温度随载荷变化不大,冷却空气的冷却效率随流量增大逐渐降低.与等温条件相比,非等温模型的轴承承载能力较大,且具有较大的动态刚度与阻尼.     

多通道自适应陷波滤波器组设计及性能分析

通过对多个单频自适应陷波滤波器的组合,得到了多通道自适应陷波滤波器,推导了其并联和级联结构的传递函数,分析了单通道、并行多通道和串行多通道3种滤波器的工作特性,并比较了它们的滤波性能.仿真结果表明,多通道自适应陷波滤波器既可有效抑制宽带噪声,又可同时完成对多个不同频率正弦波的提取;增设陷波通道可以去除正弦干扰,避免包络波动.另外,串行多通道陷波滤波器更适合单通道接收的情况,而并行多通道陷波滤波器则适用于多通道接收的场合,具有较大的实用价值.     

MIMO雷达中的DFCW设计及性能分析

发射信号的正交性好坏是多输入多输出(MIMO)雷达实现的关键,正交离散频率编码波形(DFCW)是MIMO雷达可以利用的正交信号。该文首先分析了DFCW的互模糊函数,在此基础上,对自相关峰值旁瓣及互相关峰值旁瓣电平进行了分析,提出了采用遗传算法对其进行优化,得到了具有更低互相关峰的DFCW。然后将优化得到的DFCW应用于MIMO雷达系统进行仿真分析。通过对信号互相关仿真及对目标回波信号匹配滤波仿真对理论分析进行了验证,证明了理论分析的正确。