管壁形变驱动下管道内流体行为的研究

来源 :浙江师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:usaend
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本文研究的是一个二维无阀微泵模型。无阀微泵不需要利用渗透压力梯度或静水压力梯度就可以实现流体的输运。它设计原理新颖、结构相对简单,响应快,而且适合微型化,具有很大的应用前景。许多研究者提出利用电磁驱动、压电驱动、齿轮、化学热梯度、振动电荷及各种机械方法等来驱动水流,而在本文的研究中,本文利用管壁的周期性形变来驱动管道内的流体。研究所采用的方法是格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann method,LBM)。这是一种介观的流体力学计算方法,它基于分子动理论,用非平衡态统计物理的方法来研究流体。LBM特别适合模拟具有复杂边界和运动边界的流体系统。  本文中,针对所建立的无阀微泵模型,分析管壁周期性形变对管道内流体的动力学影响,对该无阀微泵模型做一个初步研究。第一部分,管道入口和出口不存在压强差。分析管壁周期性形变的频率、形变最大深度、形变位置、形变宽度等参数对泵送的平均流量的影响。模拟结果表明:(1)管壁形变驱动下,泵送的平均流量与管壁驱动频率呈现为一种非线性关系,在一些共振频率下平均流量达到峰值,且当驱动频率超过临界值(约3.2Hz)时管内流体的流向发生逆转;(2)形变位置处于管道中心时,得到的平均流量几乎为0;形变位置距离管道中心越远时,管内流体越容易形成定向流,并产生越大的净流量;同时,形变位置对管内流体的流动方向也有一定的影响;(3)形变最大深度越大,获得的平均流量也越大;(4)形变宽度越大,一般情况下获得的平均流量也越大,但是管内流体流向发生逆转时的驱动频率这一临界值也会变大。接下来还分析了在相同的管壁形变作用下,流体黏性、管道尺寸的变化对管口平均流量的影响。结果表明:流体黏度越大,产生的平均流量越小;管道越长,管径越小,形变产生的平均流量也越小。第二部分,管道入口存在一个脉动波。分析在不同脉动频率的脉动波和不同频率的管壁形变这两种驱动作用下管口平均流量的变化。结果表明:当管壁的驱动频率f与入口脉动波的脉动频率f0成倍数关系时,平均流量会发生跳变,即此时管内流体发生了共振。  文章提出的微泵模型在一定条件下可以有效的使管内流体形成定向流,并泵送相对较高的净流量。研究有助于人们理解复杂边界条件下管内流体出现复杂现象背后的机制,对于设计一个新型的可以泵送较高流量的无阀微泵也提供一个思路和理论基础,具有一定的理论意义和现实意义。
其他文献
具有纤锌矿结构的ZnO材料是一种性能优良的半导体器件材料,它在室温下具有较大的禁带宽度和激子束缚能,是一种具有很大潜力和应用价值的紫外发射材料,多年来一直受到物理、化学
核磁共振(NMR)技术作为一种研究物质结构的重要工具,在物质检测和医学影像等领域中得到了广泛的应用。与此同时,其应用领域的拓展和科学研究的深入,又对核磁共振系统提出了更
本论文的研究方向是相变动力学,所采用的是动力学蒙特卡罗重整化群方法。连续相变已形成以重整化群理论为中心的成熟的理论框架,但是相变动力学的研究远远不如静态时的研究那么
SiC作为一种优秀的微电子材料,以其禁带宽、饱和电子漂移速度大、临界雪崩击穿电场高和热导高的特点,在大功率、高频、耐高温、抗辐射器件及光电子集成器件方面具有重要的应用价值而备受重视。稀磁半导体在自旋电子器件潜在的应用,已经引起人们浓厚的研究兴趣。SiC以其比Si大的禁代宽度和高的击穿场,在电子器件应用占有一席之地。到目前为止,关于过渡金属掺杂SiC的磁性报道还很少。最近,理论上预言了Cr掺杂SiC
“机器人一直被赋予想象的空间。机器人技术的发展特点和应用领域在发生着怎样的演变,随着机器人技术不断进步和突破,人类和机器人的关系又会变得越来越微妙。对于机器人的未
为了解决当今日益加剧的能源问题,新能源材料与低碳技术受到越来越多科研人员的广泛的关注。燃料电池作为新能源体系之一,具有高效、稳定、清洁、可连续工作等诸多优点,但其缓慢的阴极动力学过程和对铂族贵金属电催化剂的依赖始终阻碍着其在实际应用中的发展。在本论文中,我们针对聚合物电解质膜燃料电池的阴极氧还原反应和过氧化氢还原反应,分别设计了两种具有三维双连续结构的纳米多孔金属催化剂。具体研究内容主要包括以下两
学位
阳极氧化铝模板(Anodic Aluminum oxide , AAO)是一种具有纳米孔径的透明模板,其孔径在20-200nm范围内可控,孔径大小一致并且分布高度有序。本文研究了电压的大小、电解液的