微纳流动理论及应用

前言

常用基本符号说明

第一章绪论

1.1微纳尺度通道流动的应用

1.1.1微机电系统

1.1.2纳机电系统

1.1.3微全分析系统

1.2研究微纳尺度流动的重要性

1.3微纳尺度流动的特点

参考文献

第二章微纳尺度流动基础

2.1微纳尺度流动的流场参数

2.1.1Knudsen数

2.1.2流动区域的划分

2.1.3其他一些重要参数

2.2微纳尺度流动的基本方程

2.2.1连续区和滑移区流体运动基本方程

2.2.2低Kn数过渡区流体运动基本方程

2.2.3对流扩散的控制方程

2.2.4电渗驱动流体运动基本方程

2.2.5边界条件

2.3微纳尺度流动的数值模拟

2.3.1基于连续介质假设的方法

2.3.2基于分子模拟的方法

2.3.3格子Boltzmann方法

2.4微纳尺度流动的实验测试技术

2.4.1影响微纳尺度流场实验的因素

2.4.2流动参数测量

2.4.3流动显不技术

参考文献

第三章Burnett方程及稳定性分析

3.1Burnett方程

3.2二维增广Burnett方程

3.3其他类型Burnett方程

3.3.1原始Burnett方程

3.3.2Woods方程

3.3.3BGKBurnett方程

3.4Burnett方程的稳定性分析

3.4.1研究综述

3.4.2常规Burnett方程的稳定性分析

3.4.3增广Burnett方程的稳定性分析

3.4.4Woods方程的稳定性分析

3.4.5BGKBurnett方程的稳定性分析

附录

参考文献

第四章Couette流及圆管流

4.1滑移边界条件

4.1.1滑移边界条件表达式

4.1.2切向动量适应系数

4.2Couette流的方程和边界条件

4.2.1控制方程

4.2.2边界条件

4.3Couette流方程的求解和程序验证

4.3.1方程求解

4.3.2求解Burnett方程和用IP方法计算结果的比较

4.4Couette流动和传热特性

4.4.1基本物理量的分布

4.4.2马赫数对流场的影响

4.5圆管流场及等效厚度

4.5.1基本方程

4.5.2黏性系数公式

4.5.3计算方法

4.5.4计算结果与讨论

4.5.5等效厚度

参考文献

第五章Poiseuille流及后向台阶流与空腔流

5.1Burnett方程的求解

5.1.1求解方法

5.1.2源项的处理

5.1.3边界条件

5.1.4松弛方法

5.2二维Poiseuille流动和传热模拟

5.2.1程序的验证

5.2.2与其他方法所得结果的比较

5.2.3入口与壁面温度一致时的结果

5.2.4入口与壁面温度不一致时的结果

5.3后向台阶流动的模拟

5.3.1与其他方法的比较

5.3.2后向台阶流动特性

5.3.3不同压力比的影响

5.3.4不同Kn数的影响

5.3.5不同台阶比的影响

5.4三维空腔流动的模拟

5.4.1方程及求解

5.4.2计算结果及分析

参考文献

第六章压力驱动下微流动的扩散、混合和分离

6.1概述

6.1.1微通道内物质扩散理论和数值模拟基本方法

6.1.2微通道内物质扩散的实验研究方法

6.1.3扩散、混合、分离程度的衡量指标

6.2压力驱动下微流动的扩散

6.2.1二维微通道中横向扩散

6.2.2三维矩形微通道的横向扩散

6.3压力驱动下微流动的混合

6.3.1二维弯曲通道的流体混合

6.3.2三维弯曲通道的流体混合

6.4压力驱动下微流动的分离

6.4.1弯道与分离的关系

6.4.2三维矩形截面弯道中流体的分离

参考文献

第七章电渗驱动下微流动的扩散、混合和分离

7.1概述

7.1.1电渗流产生的机理

7.1.2电渗流特点

7.1.3控制方程

7.1.4边界条件

7.1.5离散方法

7.2电渗驱动下微流动的扩散

7.2.1毛细管电泳通道接管对流扩散的理论研究

7.2.2毛细管电泳通道接管流动的数值模拟

7.3电渗驱动下微流动的混合

7.3.1微流动混合研究状况

7.3.2控制方程

7.3.3边界条件

7.3.4计算结果及讨论

7.4电渗驱动弯道流中微流动的混合

7.4.1基本参数

7.4.2计算结果及讨论

7.5电渗驱动下微流动的分离及弯道效应的消除

7.5.1微流动分离及弯道效应

7.5.2弯道效应的数学模型

7.5.3弯道效应的显示

7.5.4消除弯道效应的新方法

7.5.5最优化设计

7.5.6结果分析

参考文献

第八章微流混合器

8.1概述

8.1.1微流混合器的应用与性能要求

8.1.2微流混合器的分类

8.2衡量混合效果的指标

8.2.1浓度方差指标

8.2.2Lyapunov混沌指标

8.2.3图像中示踪粒子密度指标

8.2.4CcD图像直接计算混合效率

8.3混沌混合理论

8.3.1粒子轨道

8.3.2各态经历理论

8.3.3关联衰减

8.3.4映射

8.4螺旋式微混合器及其流场的数值模拟

8.4.1螺旋式结构的分层作用

8.4.2Re数与混合效果关系

8.4.3不同通道结构的混合效果

8.5磁性微混合器

8.5.1磁流体的制备

8.5.2旋转磁场下磁性流体的动力学特性

8.5.3磁性微混合器的原理和性能分析

参考文献

　　本书介绍了微纳流动的实际应用以及相关的理论基础；分析了用于微纳流动研究的基本方程Bumett方程及该方程的稳定性特征；探讨了微纳流动中Couette流、Poiseuille流和后向台阶流的流动与传热特性。　　全书包括了微纳尺度流动基础、Burnett方程及稳定性分析、Couette流及圆管流八章内容。　　本书介绍了微纳流动的实际应用以及相关的理论基础；分析了用于微纳流动研究的基本方程Bumett方程及该方程的稳定性特征；探讨了微纳流动中Couette流、Poiseuille流和后向台阶流的流动与传热特性；研究了压力和电渗驱动下微纳流动的扩散、混合和分离；叙述了各类微流混合器的特性并探讨了高效微流混合器的设计和模拟方法。　　本书可供力学、机械、材料、化学化工、工程热物理、生物、医学、仪器仪表及相关专业的科研人员、工程技术人员、教师以及研究生和高年级大学生阅读。