基于壁面粗糙度和加工缺陷对微槽道流动的影响模拟

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1、天津大学硕士学位论文壁面粗糙度和加工缺陷对微槽道流动的影响模拟姓名：李胜华申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：尤学一20070101中文摘要近年来，随着微流体装置和系统的飞速发展，人们对于微槽道内的流体流动的研究给予了极大的关注。许多实验结果表明，微尺度下的流体流动特性与宏观尺度下有显著的不同，并且不同研究者得到了相异甚至相反的结果。因此，尽管有大量的实验数据，微槽道流体流动的行为预测仍是棘手的问题。本文在前人的基础上，对微槽道表面粗糙度和加工缺陷对流动的影响作了数值模拟。首先将表面粗糙度模型化为三角形单元，矩形

2、单元，三角形与矩形混合单元。数值模拟了微流道内不同粗糙单元下的流速场和泊肃叶数，结果表明表面粗糙单元参数(单元类型、单元高度、长度和间隔)对泊肃叶数有一定的影响；在低雷诺数下，泊肃叶数与雷诺数成线性的关系；得到的泊肃叶数比传统理论值要高。然后通过引入无量纲参数参数模拟了因加工缺陷造成的壁面凹坑对于流动区域的影响。结果显示，对单个凹坑情况，随着工／日(L为凹坑与槽道壁的交界长度，日为槽道半高)的增大，流动区域受影响的面积增大；对同一凹坑，随着雷诺数的增大，流动区域受影响范围减小。对两个凹坑情况，随着凹坑间隔的增大，流动的

3、影响区域先是增大，然后减小，最终演变成凹坑互相独立的影响区域；在相同三／日下，壁面凹坑自身的容积也对流动区域的影响范围有一定影响。关键词：微槽道表面粗糙加工缺陷数值模拟ABSTRACTInrecentyears，significantattentionhasbeengiventotheflowinmicrochannelduetotherapiddevelopmentinmicrofluidicdevicesandsystems．Someexperimentalresultsshowthatthecharacteris

4、ticsofmicroflowareremarkablydifferentfromthoseinconventionalsizedchannels，andtheexperimentaldatafromdifferentsourcesmayyielddifferentorevenoppositeconclusions．Althoughalargepoolofexperimentaldataisavailable，acompleteunderstandingofflowbehaviourinthemierocharmeli

5、sstillanopenproblem．Theeffectsofsurfaceroughnessandprocessingfaultonthemicrochannelflowareinvestingatedinpresentresearch．Firstly,thesurfaceroughenssismodeledbythreekindsofelements，i．e．triangularelement，rectangularelementandmixedelementoftriangleandrectangle．Thef

6、lowfieldsinmicrochannelandPoiseuillenumberaresimulatedbysupposingthesurfaceroughnesswithabovethreeelements．ThenumericalresultsshowthattheflowfieldandPoiseuillenumberarestronglydependentOiltheparametersofroughensselementsuchastheelementtype，theheightandlengthofel

7、ementandthedistanceseparatingtWOelements．ThePoiseuillenumberislinearlydependentonReynoldsnumberatlowReynoldsnumber．Itishigherthanitstraditionalvalueoftheory．Secondly，theeffectsofconcaveholescausedbyprocessingfaultontheflowfieldalestudiedbyintroducingthenondimens

8、ionalparameters．Numericalresultsshowthatforsingleconcaveholecase，theinfluencedareaofflowfieldincreaseswhenL

9、Hincreases，whereListhecrOSSlengthofconcaveholeandchannelwa