微热气泡驱动下的微流控理论研究

结合热力学和流体力学,采用COMSOL Multiphysics 4.4计算软件,对微热气泡驱动下的流体的流速场进行模拟和定量分析.结果证明,微热气泡表面具有马格兰尼效应,可以驱动流体以漩涡的方式运动,从而高效地俘获和富集微粒,这与实验现象相符.该文从理论上探究微热气泡驱动的流场性质,这对提高微流体的可操控性,促进微流控技术的发展都具有重要的意义.     

基于微流控芯片的微气泡生成与驱油实验研究

为了了解多孔介质中微气泡的生成及驱油机理,设计制作了一种集成T型微通道和模拟多孔介质高低渗透率的微流控芯片,采用基于显微成像的微流控系统开展了气相压力和液相流速对微气泡生成的影响以及两种尺寸微气泡驱油实验.研究结果表明:T型微通道内的微气泡是在液相压力、黏性剪切力和表面张力的共同作用下生成的,表现出3种生成机制;微气泡...     

PDMS微流控芯片加工技术研究

对PDMS微流控芯片的制作流程、封装方法和结构特征进行了探讨,并提出了相应的解决方案。     

声波驱动下气泡群的非线性共振

由于次级声辐射的影响,泡群内的气泡处于群振动状态.基于气泡耦合振动方程,利用逐级近似法分析了气泡非线性声响应,得到了基频成分、一阶和二阶谐频成分、一阶和二阶次谐频成分的幅频关系式,并以此为基础分析了气泡在基频共振区(ω≈ω0)、一阶和二阶谐频共振区(ω≈ω0/2,ω≈ω0/3)的声响应特征.数值分析表明:泡群内气泡数密度以及气泡初始半径对其共振声响应影响显著,而气泡在泡群内所处的相对位置影响相对较小.气泡的次谐频共振(ω≈2ω0,ω≈3ω0)只有在驱动压力幅值超过一定阈值后才可能发生,且压力阈值随着气泡初始半径的增加而减小.     

微流控芯片下的单细胞轮廓定位与提取

微流控芯片可实现单细胞分析,而对单个细胞分析,能够掌握更准确更全面的细胞信息,可以克服以往群体分析中平均结果对个别信息掩盖的局限性,对疾病的早期预防和诊断具有重要的科学意义。本文根据早期癌症细胞通过微流控芯片中的弯道时变形与正常细胞不同的理论,采用Grabcut和Snake相融合的单细胞图像分割算法来精确定位和提取单细胞轮廓,实现单细胞的形变分析。首先,本文在图像分割之前引入Perona-Malik模型,增强图像边缘的同时减弱噪声,使定位更加准确。其次,利用Canny和Snake模型获得Grabcut初始化矩形框。最后,通过Grabcut算法实时精确地提取单细胞轮廓。实验结果表明:本文算法结合了Snake算法和Grabcut算法的优点,在无人工交互的条件下,细胞轮廓平均正确分割率达到93.7%,能够满足医学单细胞分析的要求。     

微流控技术在生物膜研究中的应用

生物膜是由细菌及其分泌的胞外聚合物组成的微生物簇.目前,生物膜培养和研究多采用静态培养平台（如培养皿和孔板）,这种方式缺乏精准模拟理化微环境、高通量以及原位分析细菌行为的能力.近年来,微流控技术作为一种在微米尺度处理和操纵流体的新技术,在生物膜研究中的应用不断增加,且取得了一系列突破性进展.文章系统综述了最新的基于微流控技术的生物膜研究成果,总结并展望了微流控技术辅助生物膜研究的优缺点及未来方向,以期为全面了解和拓展微流控技术在生物膜研究中的应用提供帮助.     

微流控芯片通道结构的拓扑优化研究

为了研究拓扑优化过程中非牛顿流体黏性效应对微流控芯片通道结构设计及布局的影响,针对不同流动长度设计域的"两进一出"型微通道结构,提出了拓扑结构最优设计的新思路。采用密度法分别对牛顿流体和非牛顿流体进行微流动结构拓扑优化,分析了以压力降函数和能量耗散函数这2种不同目标函数对拓扑结构的影响,比较了各个条件下的最优结构和黏性分布。对于非牛顿流体,采用改进的Cross黏性模型进行计算,结果表明:当目标函数为压力降时,非牛顿流体黏性效应在雷诺数Re为0.1(Stokes流动)时表现为进口双管的汇合点与流道长度无关,在Re为100(Navier-Stokes流动)时,非牛顿流体与牛顿流体的最优拓扑结构相似,进口管的汇合点都随着通道长度的增加而后延;当目标为最小能量耗散时,非牛顿流体黏性效应在Re为0.1时表现为流动进口角度随流道长度增加而减小,而在牛顿流体最优拓扑结构中,设计域出口处均为双管流出,其中在短管和方管中没有出现汇合点,在长管中进口双管汇合为单管后又分流形成椭圆环状结构。     

基于PDMS的微流控芯片封装技术研究

提出一种优化的PDMS(聚二甲基硅氧烷)-PDMS键合技术,对PDMS基片与PDMS盖片使用不同的预聚物和固化剂配比进行键合.设置了按不同比例键合、氧气等离子体表面处理键合及涂覆液态PDMS键合这三种方法的对比实验,并将其应用于微流控芯片的封装测试.测试结果表明,不同比例键合后的芯片键合强度适宜,可重复利用,高效节能.键合参数:基片和盖片所用预聚体、固化剂质量比分别为10:1和15:1;盖片的固化温度75℃,固化时间40 min.     

固体的热传导方程的微观分析

利用固体的电子—声子模型和原子点阵的非简谐振动模型,用量子场论和量子统计力学推导出了热传导方程,给出了弛豫时间的表达式．     

氟金云母陶瓷车削中脆性材料切削热传导理论模型的研究

通过分析可加工陶瓷切削温度变化规律,提出脆性材料在车削中存在着两个不同的温升阶段,反映了切削系统存在的热传导及热积累效应。根据热传导基本理论,建立以刀具-工件接触点为移动热源的脆性材料切削热传导理论模型,结合微元法量化脆性材料车削中的热量分配,采用能接近实际车削中温度场变化形式的镜像热源原理,求解脆性材料切削温度的二次跃迁值。用PCD(聚晶金刚石)刀具车削氟金云母陶瓷,进行切削验证实验,结果表明,脆性材料切削热传导理论模型能够较准确地求解切削温度的二次跃迁值,并反映陶瓷等脆性切削温度场的变化趋势。     

基于无网格边界元法的瞬态热传导问题研究

对于有内热源的瞬态传热问题,由于域内积分使求解复杂化,研究了一种无需域内离散划分网格的纯边界元法。首先采用格林定理将域内积分转换成边界积分,然后利用自适应辛普森法进行插值,推导了热源依赖时间参数和不依赖时间参数两种情况的数值实现方法。最后引入不同热源情况及时间依赖性的三个数值算例进行温度分布仿真分析。仿真结果与传统的有限元解吻合良好,证明数值推导的正确性及程序调试的有效性,且该方法计算量小,使有内热源的瞬态传热分析大大简化。     

船体温度分布及温度应力计算

本文提出一种适于在船舶设计中使用的船体温度分布和温度应力的计算方法，本法采用变剖面薄壁梁船体模型，船体的温度分布根据热传导理论计算，船体的温度应力根据弹性理论处理平板温度应力问题的思想，并结合梁弈曲的有限元法计算。     

Finite Difference Approach for Estimating the Thermal Conductivity by 6-point Crank-Nicolson Scheme

Introduction Inengineeringthermo physicsandpowerengineering fields,thethermalphysicalparametersareverycriticalfor calculationanddesign.Thephysicalparametersofmaterial areusuallydeterminedbyexperiments.Alongwiththe academicachievementsofrelatedfields,thestudyon materialthermalparametershasfocusedontheoretical methodsinadditiontotheexperimentalmeasurement.Fromthepointofviewofheattransfer,it srelatedtothe InverseHeatConductionProblem(IHCP)andhasbeena topicwhichattractedwideresearchinterests.M…     

双曲型热传导方程的热参数反演

考虑到非稳成热传导问题，从双曲型热传导方程和相应的边界条件出发，利用反演算法对深化工不均匀固体样品的热学参数深度剖面予以重构、所采用的算法与过去处理稳态（或准稳态）的抛物型热传导方程的情况类似，不同的是通过 解双曲型热传导方程，在足够宽的调制频率范围内，获取样品的一组不同频率的表面温度，为使数值更接受实际情况，同样也可以在模拟样品表面温度信号中混入一定比例的噪声，利用本的算法，反演不同类型的深度分布材料的势驰豫参数的深度剖面，数值模拟的结果证明了算法的有效性和实用性，本的算法有两个特点，一是无需任何先验条件，二是该算法对噪声的不敏感性。     

Hyperbolic heat conduction restricted by continuous boundary interface

Finite difference method (FDM) combined with MacCormack' s predictor-corrector scheme is used to solve the problem of hyperbolic heat conduction in a finite medium. One of its boundary surfaces is heated by a rectangular pulsed energy source while the other surface is tightly contacted with another medium where the continuous boundary condition is satisfied. Some non-Fourier heat conduction behaviors have been analyzed theoretically.``     

人-服装-环境系统热湿舒适性的理论研究

在大量阅读的基础上,试图从3个方面概要阐述对热舒适性的理论研究、热舒适性相关因素、热湿传递方式以及描述热湿传递的基础理论公式。     

接触热阻对高温换热设备管口区温度分布的影响

对高温换热设备管口区的传热进行了深入的分析。采用有限差分数值分析方法着重研究了管口区域内换热管与管板胀接面上接触热阻对管口区传热的影响，得到了管口区中的温度分布，并进行了相应的传热机理分析；还与未来考虑接触热阻时的计算结果进行了比较。     

Thermal vibration phenomenon of single phase lagging heat conduction and its thermodynamic basis

In the present work it is shown that the single phase lagging heat conduction not only avoids the infinite heat propagation speed assumed by the conventional Fourier law, but also complies with Galilean principle of relativity. Therefore it is more advantageous than the Cattaneo-Vernotte model. Based on the single-phase-lagging heat conduction model, the condition for the occurrence of thermal vibration of heat conduction is established. In order to resolve the contradiction that the thermal vibration violates the second law of thermodynamics, the extended irreversible thermodynamics is improved and a generalized entropy definition is introduced. In the framework of the newly-developed extended irreversible thermodynamics the thermal vibration phenomena are consistent with the second law of thermodynamics.