变截面和ζ势电渗流求解的一种新方法——叠加法

不同材料或性质的毛细管相接的接头所引起的壁面电势和尺寸的变化，对化学分析过程的采样和分离质量有很大影响. 文中将Debye层考虑为滑移层，然后推导出能基本满足电渗流速度分布的一种新的计算方法——叠加法，用该方法所得到的结果与数值模拟的结果基本一致，说明用提出的叠加法求解变截面和变壁面电势的问题是可行的，这将大大简化电渗流速度分布的计算，为化学分析等提供方便.     

平行微管道中高Zeta电势的旋转电渗流动

研究了高Zeta势下平行微管道内牛顿流体的旋转电渗流动.根据薄的双电层假设,解析求解了非线性Poisson-Boltzmann(P-B)方程,进而获得了电荷密度分布.考虑旋转坐标系下流体的Navier-Stokes控制方程,利用常数变易法得到了电渗速度及流率的半解析解,并且将得到的结果与低Zeta电势的结果进行比较.通过数值计算,研究了无量纲壁面电势ψ0、旋转角速度ω以及电动宽度K对电渗速度剖面的影响.结果表明:远离双电层的流体更容易受到旋转的影响,从而导致电渗速度剖面在微管道中心处形成一个凹面;相比于低Zeta电势的情况,其电渗速度更大,因此高Zeta势能够促进流体流动.此外,还研究了无量纲壁面电势ψ0、旋转角速度ω对流率的影响.     

纳米管道中德拜层的电势分布

基于净电荷守恒理论,提出了一种新的计算细长纳米管道内德拜层重叠时电势分布和离子浓度分布的理论模型.为了验证双电层是否重叠,首先根据德拜层的准确定义,用经典的泊松-玻尔兹曼方程来确定有效德拜层的长度.当有效德拜层的长度超过管道高度的一半时,符合重叠条件.在综合考虑管道高度、泊松-玻尔兹曼方程及离子浓度的条件下,根据电荷守恒计算出电势分布和离子浓度分布.结果表明,随着管道高度减少,壁面和管道中心电势差也减小,与实验结果一致.     

集中绕组外转子永磁同步发电机非线性变网络磁路分析

为集中绕组外转子永磁同步发电机建立了非线性变网络磁路分析模型,给出了等效磁路结构,推导了各部分磁导计算公式,用节点磁位法建立非线性磁路方程,并用Gauss-Seidel迭代法进行求解,由此得到了发电机的磁链波形和电势波形,计算结果与有限元分析结果和样机实验结果吻合,计算速度则远远快于有限元法,表明所建立的等效磁路模型是计算该永磁发电机特性的快速有效的方法,从而为该电机的设计优化分析奠定了基础.     

基于改进型泊松-玻尔兹曼方程的电渗流建模与分析

建立了双电层的离子分布模型，基于经典Poisson-Boltzmann(PB)方程和改进型MPB(modified Poisson Boltzmann)方程对不同浓度和激励电压的离子分布进行了理论研究.结果发现在电压高于0.4V，且自由离子浓度小于10^-4mol/L时，双电层内部的扩散层厚度存在较大的误差.这直接导致了基于Debye长度模拟电渗流运动与实际观测不符，主要因为Debye-Hückel公式具有线性关系不适用于仿真高电压条件下的电渗流运动.因此借助非线性MPB方程求解扩散层厚度，更能精确得到正、负电极宽度为500μm，间距为25μm，在±1V，500Hz电信号产生的最大电渗流速度为1034.31μm/s.     

微小异形截面通道内电渗流动特性分析

提出了用等直径圆柱体按三角形与正方形排列所构成的微小异形截面通道内电渗流动理论计算方法.通过Galerkin法计算其内部电势及速度分布,获得了温度、槽道截面当量直径、电场强度、ζ电势以及电解质浓度对微小异形截面通道内电渗流动的影响规律.计算结果表明:微小异形截面槽道内溶液的质量流量随ζ电势、电场强度、溶液温度及电解质浓度的增加而增加,随槽道截面当量直径的增加先增加后减小.     

轴向电场对纳米管道中溶液离子径向分布的影响

用分子动力学模拟的方法,研究了轴向外加电场强度对圆柱形纳米管道中NaCI溶液离子径向密度分布的影响.仿真结果表明,纳米管道两端的外加电场强度增大时,系统的瞬时动能增加.离子获得较大的径向动能就可以克服所在位置势能束缚,运动到使原来浓度峰值减小的径向位置,以保证系统的自由能减小,从而导致离子径向浓度峰值变小.壁面电荷密度越小,离子受到壁面电荷的束缚就越小,这一现象越明显.由于离子的径向分布对电渗流有直接影响,因此这一仿真对电渗流的理论研究和利用外电场实现离子分离的纳流体器件的设计具有重要的参考价值.     

方形通道内流体流动的耗散粒子动力学并行计算

利用耗散粒子动力学(DPD)对方形通道内流体流动进行了模拟.通道壁面由3层粒子组成.在壁面附近实施了无滑移边界条件,在流动方向实施了周期性边界条件.计算中对每一颗粒子施加重力,从而驱动整个流体流动.计算结果表明,流体充分发展的速度分布与基于N-S方程的数值模拟结果一致.并行计算结果表明,DPD很适合于并行计算.与每个节点所处理的总的粒子数目相比,只有少数粒子参与通信,因此能够获得较高的并行效率.当节点数目为18时,并行效率仍然在80%以上.     

电渗流泵的机理分析

以实现CPU的温度控制、提高微流体的流动速度为目标，对电渗流的机理进行了分析．应用无网格算法对Laplace方程、Poisson-Boltzmann方程、Navier-Stokes方程进行数值求解，得到的数值仿真结果与解析近似解吻合较好．对微直管内的微流体的流动进行了仿真，再现了微流体流动的驱动过程，并讨论了微流体的流动速度与外加垂直电场的电势和ζ电势的相关性．本文的数学模型不仅可以仿真几何形状简单的微直管内微流体的驱动过程，也可仿真几何形状复杂、ζ电势较大条件下的微直管内微流体的流动，为电渗流微泵的设计提供了仿真模型．     

电磁弹性层状结构中的Love波传播

研究了半无限大压电(压磁)基体上覆盖压磁(压电)层的横观各向同性电磁弹性材料层状结构中 Love 波的传播规律. 电磁弹性材料的极化方向沿反平面方向的z轴. 基于电磁弹性介质的运动方程和电磁学开路和短路边界条件得到相速度方程, 进而对压磁材料覆盖层中的相速度、群速度、磁机电耦合系数、电势和磁势分布进行了计算和讨论, 并讨论了压磁系数对相速度、群速度、磁势分布等分布的影响. 分析方法和计算结果可以为相关的磁场传感器等电磁器件的研制提供参考.     

电磁弹性层状结构中的Love波传播

研究了半无限大压电(压磁)基体上覆盖压磁(压电)层的横观各向同性电磁弹性材料层状结构中 Love 波的传播规律. 电磁弹性材料的极化方向沿反平面方向的z轴. 基于电磁弹性介质的运动方程和电磁学开路和短路边界条件得到相速度方程, 进而对压磁材料覆盖层中的相速度、群速度、磁机电耦合系数、电势和磁势分布进行了计算和讨论, 并讨论了压磁系数对相速度、群速度、磁势分布等分布的影响. 分析方法和计算结果可以为相关的磁场传感器等电磁器件的研制提供参考.     

压电层合板的结构特性及优化分析

基于三维弹性和压电理论 ,用幂级数展开方法得到了压电层合板静态特性的三维解 ;给出了压电层与基体之间剪应力、位移、电势的三维分布图 ;讨论了工程中常用的 2类压电材料在感知和作动情况下沿压电材料厚度方向电势的分布情况 ,分析了电势可看作线性分布的条件 ;讨论了压电层及粘结层厚度变化对层合板变形的影响 ,并作了优化分析 .     

互连线分布电容偏差计算的非均匀有限差分法

为精确快速提取二维互连线电容分布参数,该文采用测度不变方程法计算互连线电势分布,探讨了导体尺寸微小扰动对电容分布参数的影响。通过对电势进行拉格朗日展开提出了导体尺寸小扰动产生的电容偏差的非均匀网格精确计算方法,该方法不需要改变电场求解的代数方程组规模,从而大大减少计算复杂度。以Weeks带状线模型为实例将该文算法与均匀网格方法进行了比较,实验结果表明该方法能够在几乎不增加内存的情况下将计算速度提高数倍甚至数10倍。     

端部受弯矩作用的压电弹性层合梁的二维解析解

利用压电弹性介质的二维本构关系 ,分别假定压电层和弹性层的应力分布 ,进而求得各自的位移分布 ,再通过层间连续条件和放松边界条件 ,推导出两端简支或一端固支的带压电层的弹性梁在端部受弯矩作用时的位移、电势分布的解析表达式 .最后以一端固支的层合梁为例 ,并与压电有限元的计算结果进行了比较 ,为探索压电层的分布感测机理以及验证有限元等数值方法提供了参数依据     

尿蛋白分离中微流控芯片的制作与电渗流速度检测的研究

提出了微流控芯片应用于尿蛋白分离中的芯片制作与电渗流速度检测方法,讨论了用SG4009匀胶铬版玻璃制作微流控芯片过程中提高芯片质量的方法;采用以CCD为图像传感器的微通道尺寸的检测方法和以Rh123中性分子为标定物的直接测定电渗流速度的方法进行尿蛋白分离.结果表明,该法可提高临床的诊断率.     

带电细椭圆导线的空间电势

将连续分布的电荷离散化,利用电势叠加原理,通过数值计算的方法研究了带电平面细椭圆导线的空间电势分布,并且绘制了它的空间电势分布图.     

纵掠平板速度和温度边界层湍流转捩区的积分方法

转捩边界层内壁面摩擦和传热特性急剧变化,转捩区的速度和温度分布特性研究具有重要理论意义.以外掠平板空气为研究对象,将自然转捩边界层沿厚度方向划分为层流底层和准湍流层两部分,采用三次多项式代表层流底层、1/7.5和1/7幂指数函数代表准湍流层速度和温度分布,利用积分方法建立了动量和能量积分方程组,获得了转捩区速度场和温度场的显式表达式,同时确定了壁面摩擦系数和努塞尔数大小,通过四阶龙格-库塔算法获得了动量和热边界层厚度大小,同数值解、DhawanNarasimha解(D-N解)和Coupland基准实验结果对比表明,给定条件下理论解精度达到4.8%,证明了理论模型的正确性,对提出的转捩边界层特征参数进行了参数研究,并给出间歇因子对层流底层的影响规律.     

计算二维复合介质电势分布的半解析方法

运用 Bergman理论讨论了嵌入体为平行排列的无限长圆柱形的二维二元复合介质系统 ,发展了一套计算二维复合介质电势分布的半解析的第一性原理计算方法 .针对该系统 ,求解了单个嵌入体时系统的算符本征值和本征函数 ,并以此作为基函数 ,利用本征函数展开多个嵌入体时的电势 ,给出了展开系数的一般结果和算符矩阵元的一般形式 ,建立了基于第一性原理计算的电势分布公式 ,这一公式为以后半解析计算复合介质中的电场分布创造了条件 .作为算例 ,计算了在圆柱体排列为正方结构和六角密堆结构时电势分布 .     

高炉内料层结构动态追踪的技术开发

炉料径向分布影响着高炉下部所形成软熔带的形状和位置，进而间接决定和控制了高炉燃料比的高低.建立了预测高炉内部料层结构的数学模型，并将其转化为可视化界面的软件，供现场人员在线使用，用于计算不同布料参数下料层结构的详细信息，布料参数包括布料矩阵、料线高度、布料方向、径向下降速度分布，预测结果包括径向矿焦比分布、追踪料层位置、料层厚度变化.计算结果均可为现场布料制度优化提供参考依据.     

滴注式气体碳氮共渗过程的数学模型

介绍了以甲醇、煤油和氨作为渗剂，在实际生产条件下进行滴注式气体碳氮共渗工艺试验，将试验结果用数理统计的理论与方法建立了氧电势－碳势的数学模型，该数学模型用于齿轮碳氮共渗取得了令人满意的效果，根据渗层碳分布数学模型，对碳氮共渗过程的渗层深度和碳分布进行了计算机求解，计算值与实测值符合得较好。