滴灌滴头内流场的数值模拟及流道优化设计

针对滴灌技术中农用传统迷宫型滴头流道内易堵塞的缺点,提出根据流线形状设计"自清洗"型滴头的思想.以滴头流道内流场的三维数值模拟分析为基础,以减少非主流区域通流面积和避免较大的主流速度梯度为基本思想,对滴头流道的结构形状进行优化设计,消除流道中的滞止区和涡旋区,使得流道内速度分布趋于均匀以减少低速流动区域.优化前、后的计算结果表明:优化后的滴头能够有效地避免内部涡旋和滞止区的产生,提高了滴头流道的抗堵性能;滴头在紊流流动状态运行时,流道的近壁面速度较高,抗堵性能更好;优化后的滴头流道整体压降降低,可以通过延长流道长度和增加进口流量予以弥补.     

RP／RT技术在迷宫型滴头快速研制中的应用

为实现迷宫型滴头的快速研制,利用快速成型制造技术（RPM）在迷宫型滴头的参数化CAD实体造型的基础上进行滴头原型件的制造,用以滴头的流量实验和参数定型,再应用快速制模（RT）技术进行滴头快速喷涂模具的制造,用以滴头的试制,使滴头可直接用于节水灌溉实际中。     

无阀微泵锯齿形流道仿真模拟

介绍了无阀微泵的特点及其工作原理,提出一种应用于无阀微泵新型锯齿形流道.针对锯齿形流道不同开口角度,用CFD(computational fluid dynamics)软件进行了仿真模拟,得出了流道内速度和压力变化规律.分析了压力和流量的分布特征及关系曲线,为锯齿形流道微泵理论研究和优化设计提供了依据,并与单级锥形扩散/收缩流道作对比.结果证明,此锯齿形流道相对于锥形扩散/收缩流道可以提高微泵效率.     

基于玻璃精细加工的数字化微流体器件的制备

介绍基于微特性系统数字化微流体器件的玻璃精细加工方法.将拉锻好的玻璃微管道嵌入预先设计加工好的宏流道中,组合成微流道网络;宏流道采用CO2激光雕刻机雕刻聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基板而成,尺寸与玻璃微管道外径相吻合;微管道连接部通过PMMA微连接板连接而成,将基板与盖板进行热键合密封.该方法允许制造更细结构的微流道,可以灵活构建复杂的微流道,同时可保证微管道的连接和强度;圆截面玻璃微管道管壁光滑,流动阻力小.利用微流体数字化技术,对数字化微流体器件进行了实验研究,在微混合实验和微流式细胞中得到了较好的效果验证.     

基于快速成型制造技术的滴客快速制造方法研究

针对节水灌溉设备中滴管的嵌入式迷宫流道，应用快速成型制造技术进行了滴管的设计及快速模具制度，研究内容包括：应用参数化设计思想进行滴管CAD设计；以精密模具制造技术为核心进行滴管CAD工艺设计和快速模具制造（RT）工艺模型的生成；应用快速成型制造技术进行样件的制备和功能试验，完成了滴管设计的快速试验和修改；进行金属喷涂快速注塑模具的制造，实现了产品和模具设计－验证－制造的集成化。     

流道截面形状对微流体流动性能的影响

微尺度条件下流体的流动特性是微纳零件制造与微机械装置控制系统设计中需考虑的重要因素.采用基于Navier-stokes运动方程开发的Moldflow MPI软件,以PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）材料为对象,研究圆形、半圆形、梯形、矩形和正三角形5种微流道截面形状对非等温非牛顿流体流动性能的影响.研究结果表明：微流体在截面形态不同,长度均为50 mm微流道中的流动长度与流道截面的比表面积（截面周长与截面面积的比值）呈反比关系,比表面积越小,流动长度越大;当微流道的比表面积较小时,熔体温度与注射压力对流动长度的影响较大;当比表面积较大时,熔体温度与注射压力对流动长度的影响较小,且不论比表面积如何变化,注射压力对流动长度的影响比熔体温度对流动长度的影响显著.     

节水滴灌灌水器快速开发平台技术

阐述了采用先进制造技术和信息技术构架节水滴灌灌水器的快速开发系统的思想，并进一步介绍了滴灌灌水器快速开发平台的构建内容，从而实现灌水开发的集成化和自动化，以提高滴灌灌水器的设计与制造手段，快速开发适合我国国情的滴灌灌水器。     

酶交联明胶水凝胶性能研究及仿生微流道制备

针对当前水凝胶构建实质性功能器官存在制备血管网络困难的问题,采用了转谷氨酰胺酶(mTG酶)交联明胶构建明胶水凝胶圆形仿生微流道的方法。研究了明胶水凝胶的力学性能、成形性能及生物性能与明胶浓度的关系,提出了明胶水凝胶构建微流道结构的工艺条件,评价了微流道构建工艺的成型精度、力学性能和内皮化功能。结果表明:随着水凝胶浓度的提高,水凝胶的力学性能成线性增加,微结构的成型性能也逐步改善,但是浓度过高生物性能反而降低,明胶质量浓度为0.1g/mL的水凝胶综合性能相对较好,可用于构建圆形仿生微流道;采用的微流道成型工艺保持了原有水凝胶的力学性能,但是存在一定的成型误差,细胞在微流道内分布均匀,实现了微流道的内皮化。通过研究不同浓度的酶交联明胶水凝胶,制备的仿生微流道有望用于实质性功能器官的仿生再建。     

三维微流道支架直接压印成形方法

针对软质生物材料支架内部三维微结构成形难题,提出了结合分层制造、微压印与冷冻干燥技术的三维微流道支架直接压印成形方法.通过开发自动化成形设备,实现了材料溶液填充、微结构压印、结构预冻、层间黏结等工艺过程的可控化,从而解决了传统手工操作所造成的结构重复性差、成形效率低等问题.研究了模具表面等离子处理、亲水物质添加、改变溶液填充方式等工艺对自动化成形过程中微结构复型性能的影响.结果表明,向材料溶液中添加微量亲水物质并辅助溶液填充引导,可实现软质水溶性天然生物材料内部复杂微流道结构的精确三维压印成形.通过工艺装备保证了成形过程的自动化和稳定性,从而实现了支架微结构制造的可重复性与可控性.     

无阀压电泵驱动的集成式微混合器

设计了一种无阀压电泵驱动的集成式微混合器,其中无阀压电泵采用三棱柱阻变高度流道式结构。利用等效电路模型研究了无阀泵的流动特性,并应用Fluent软件对无阀泵及Y型微流道进行了系统仿真分析,确定了无阀泵和Y型微流道的结构参数,并优选出了系统控制参数。在实验室内制作了微混合器样机,并进行了脉动和混合效果实验,结果表明:当入口流量为0.7 mL/min、脉动频率为100Hz时,流道内脉动效果明显,由此验证了该微混合器具备良好的工作性能。此项研究可为无阀压电泵在微流控领域的应用提供借鉴。     

微通道内流的微尺度粒子图像测速技术实验研究

采用微流动粒子图像测速技术Micro-PIV对0.4~0.8 mm的方形截面微通道流场进行了研究.实验选取3μm的荧光染色微球作为示踪粒子,使用532 nm激光、12位灰阶电荷耦合器件(CCD)相机及10倍显微物镜得到粒子图像.通过背景噪声处理技术提高了图像信噪比,并采用系综相关及回归算法得到了微通道截面的速度分布,测量的空间分辨率达到23.68μm×23.68μm×15.64μm.为了消除壁面随机粗糙分布的影响,采用沿流向进行空间平均方法得到了充分发展的方形截面微通道速度分布.将测量结果与方形截面理论幂函数速度廓线进行比较发现:微通道近壁区流场受到扰动的强弱和流道尺寸直接相关,除近壁区外的大部分区域速度分布与矩形截面流道理论速度分布符合良好.     

多孔介质电渗泵的数值仿真与性能分析

电渗驱动微泵是一种新型的电动力式微泵,其输出压强高,流量可调范围宽,可用于微通道冷却系统中。建立了多孔介质电渗泵电渗流的数学模型,并对其性能进行了分析。根据双电层模型与电渗泵的控制方程,得出电渗流的近似解析模型,求出最大流率与压力。利用MEMS数值仿真软件CoventorWare对电渗泵模型进行求解分析,得到电渗泵流场和压力场的分布;对其特性进行分析,研究电场强度、溶液浓度和微流道孔径及其流道长度对电渗泵性能的影响。结果表明,在电渗驱动下,微流道中的流体流动速度与电场强度及微流道表面静电势成正比;流体速度与微通道长度成反比,与孔径无关。     

一种以SU-8为流道材料的集成微流体

根据微流量传感器测热式原理,利用Comsol多物理场模拟仿真软件,对微流量传感器进行模拟仿真,分析了流量传感器的关键参数对其灵敏性的影响.在此基础上,设计了一种集成在微流体管道内的微流量传感器.以离子束刻蚀方法制作微电极,SU 8负光刻胶直接制作流道,将该负光刻胶与聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行键合封装.最后,对该微流量传感器进行了流速测试.     

数值模拟及可视化技术在旋转水力机械设计中的应用

以苏州市仙人大港泵站工程为例,对泵站的叶轮、导叶及平面轴伸式流道进行三维立体图形显示,对排涝、引水等不同运行工况下泵站装置全流道三维流场进行数值模拟,并给出了流道中各点流速及压力等物理参量的空间分布.模拟结果以平面、立体相结合的方式展示,直观、逼真.该技术可用于流道型线的优化、结构形式及尺寸的多方案快速比选,并可预测水力机械性能,为旋转水力机械的设计和建设提供决策支持.     

重力场流分离实验研究

本文依据重力场流分离理论,应用笔者制作的分离微流道,进行了重力场流分离非金属聚合物聚氯乙烯颗粒的实验研究,给出了详细的实验数据,并结合理论模拟计算的结果进行了对比分析和讨论.     

细胞组学的芯片实验室

在过去的几年里，微-纳米技术给生物科学研究人员带来了新的机会，微流道技术和生物机电系统领域的研究人员也发现了这些技术在细胞生物学领域的应用前景。但是不幸的是两个领域之间的研究人员沟通很少：他们在各自的领域内阅读和发表文章，参加独立的学术会议，有不同的科学研究方法和研究环境。该书旨在将微流道技术和细胞生物学研究结合起来，能为处于这两个领域的研究者提供一个整体的认知和印象，能从彼此的研究领域得到借鉴和启示。     

一种新型滴灌设备

一种新型滴灌设备——外镶式减能节水滴灌设备，日前由甘肃省生产力促进中心研制开发成功。据介绍，这种滴灌设备不仅具有其它滴灌设施省水、省力、灌水均匀、对土壤和地形适应性强等共同的优越性，而且突出的特点是可灵活调节滴量，可自由拆装，它采用该所研制的滴头，对系统水压适应性强，在面积不超过350m2的大棚温室或庭院经济作物田里使用，不需要加压泵对系统加压，利用储水池的高位水压（1．2－1．5山，即可自流滴灌，节省了系统设备和电力，在无电地区可正常使用。外镶式滴头还具有良好的出水胜和冲堵塞能力，可在报外部滴灌，也可…     

重力场流分离效果影响因素Ⅱ

依据重力场流分离理论的原理、理论模型和重力场流分离过程中描述颗粒运动的迭代方程,针对影响重力场流分离效果的因素重力场流分离微流道的形状和空间角度进行了模拟计算,并对结果进行了分析和总结.     

基于快速成形技术滴头的结构试验研究

快速成形技术(RP)能在几小时之内把滴头的三维计算机辅助设计(CAD)模型转换成滴头原型,制作出的原型可直接连接到水力性能试验台上进行试验．测量了11个压力点下每种4个滴头的流量值,然后应用MATLAB软件中的科学计算模块进行回归分析,具体采用多无线性回归算法,最后得到了6种滴头的压力流量公式和总的回归图．在对回归公式进行比较时,发现6种滴头公式的系数项随流通单元数的增加而减少,当相对于宽度为1．0mm的截面时,0．8mm截面的流量系数和流态指数均呈现明显减小现象,说明后者比前者的水力特性好,即流量随压力变动小,这也能从回归图中得到验证．由于0．8mm比1．0mm截面的流量压力曲线更平缓,因此可得出滴头迷宫的单元数越多,截面尺寸越小,压力流量曲线就越平缓,即水力性能就越好的规律．     

喷水推进器进水流道参数化设计与应用

为了优质高效地设计喷水推进器的进水流道,使其流体动力性能综合兼优,提出了喷水推进器进水流道的一种参数化设计方法.该方法将进水流道的三维几何结构用16个相互关联的参数来描述和构建.流道背部与船体的交界区域以及流道的唇部等流动复杂的区域采用贝塞尔曲线构建.调整16个参数中任一参数的值,其他参数能够根据参数间的关联性自动变化,为快速、灵活、精确地构建和修改进水流道几何结构创造了条件.参数化方法设计的进水流道的综合流体动力性能采用计算流体力学方法进行数值计算,并根据分析结果有针对性地进行流道结构的再调整.将流道几何的参数化建模与流体动力性能的数值计算联合使用能够实现综合流体动力性能优良的进水流道的快速设计.该参数化设计方法用于某喷水推进艇进水流道改进设计时取得了良好效果.