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第一章 绪论1

1.1微纳尺度通道流动的应用1

1.1.1微机电系统1

1.1.2纳机电系统3

1.1.3微全分析系统5

1.2研究微纳尺度流动的重要性8

1.3微纳尺度流动的特点10

参考文献13

第二章 微纳尺度流动基础17

2.1微纳尺度流动的流场参数17

2.1.1 Knudsen数17

2.1.2流动区域的划分18

2.1.3其他一些重要参数18

2.2微纳尺度流动的基本方程19

2.2.1连续区和滑移区流体运动基本方程19

2.2.2低Kn数过渡区流体运动基本方程21

2.2.3对流扩散的控制方程22

2.2.4电渗驱动流体运动基本方程22

2.2.5边界条件22

2.3微纳尺度流动的数值模拟29

2.3.1基于连续介质假设的方法30

2.3.2 基于分子模拟的方法40

2.3.3格子Boltzmann方法44

2.4微纳尺度流动的实验测试技术50

2.4.1影响微纳尺度流场实验的因素50

2.4.2流动参数测量52

2.4.3流动显示技术54

参考文献55

第三章 Burnett方程及稳定性分析60

3.1 Burnett方程60

3.2二维增广Burnett方程61

3.3其他类型Burnett方程65

3.3.1原始Burnett方程66

3.3.2 Woods方程66

3.3.3 BGK Burnett方程66

3.4 Burnett方程的稳定性分析67

3.4.1研究综述67

3.4.2常规Burnett方程的稳定性分析67

3.4.3增广Burnett方程的稳定性分析72

3.4.4 Woods方程的稳定性分析75

3.4.5 BGK Burnett方程的稳定性分析77

附录79

参考文献80

第四章 Couette流及圆管流83

4.1滑移边界条件83

4.1.1滑移边界条件表达式85

4.1.2切向动量适应系数86

4.2 Couette流的方程和边界条件87

4.2.1控制方程88

4.2.2边界条件90

4.3 Couette流方程的求解和程序验证93

4.3.1方程求解93

4.3.2求解Burnett方程和用IP方法计算结果的比较95

4.4 Couette流动和传热特性98

4.4.1基本物理量的分布98

4.4.2马赫数对流场的影响101

4.5 圆管流场及等效厚度103

4.5.1基本方程104

4.5.2黏性系数公式104

4.5.3计算方法106

4.5.4计算结果与讨论106

4.5.5等效厚度110

参考文献111

第五章 Poiseuille流及后向台阶流与空腔流115

5.1 Burnett方程的求解115

5.1.1求解方法115

5.1.2源项的处理116

5.1.3边界条件117

5.1.4松弛方法118

5.2二维Poiseuille流动和传热模拟119

5.2.1程序的验证120

5.2.2与其他方法所得结果的比较123

5.2.3入口与壁面温度一致时的结果126

5.2.4入口与壁面温度不一致时的结果130

5.3后向台阶流动的模拟133

5.3.1与其他方法的比较134

5.3.2后向台阶流动特性136

5.3.3不同压力比的影响138

5.3.4不同Kn数的影响140

5.3.5不同台阶比的影响141

5.4三维空腔流动的模拟143

5.4.1方程及求解143

5.4.2计算结果及分析145

参考文献150

第六章 压力驱动下微流动的扩散、混合和分离153

6.1概述153

6.1.1微通道内物质扩散理论和数值模拟基本方法154

6.1.2微通道内物质扩散的实验研究方法156

6.1.3扩散、混合、分离程度的衡量指标161

6.2压力驱动下微流动的扩散164

6.2.1二维微通道中横向扩散164

6.2.2三维矩形微通道的横向扩散171

6.3压力驱动下微流动的混合174

6.3.1二维弯曲通道的流体混合177

6.3.2 三维弯曲通道的流体混合178

6.4压力驱动下微流动的分离180

6.4.1弯道与分离的关系180

6.4.2 三维矩形截面弯道中流体的分离180

参考文献190

第七章 电渗驱动下微流动的扩散、混合和分离193

7.1概述193

7.1.1电渗流产生的机理193

7.1.2电渗流特点196

7.1.3控制方程196

7.1.4边界条件198

7.1.5离散方法199

7.2电渗驱动下微流动的扩散200

7.2.1毛细管电泳通道接管对流扩散的理论研究200

7.2.2毛细管电泳通道接管流动的数值模拟205

7.3电渗驱动下微流动的混合210

7.3.1微流动混合研究状况210

7.3.2控制方程211

7.3.3边界条件213

7.3.4计算结果及讨论213

7.4电渗驱动弯道流中微流动的混合217

7.4.1基本参数217

7.4.2计算结果及讨论218

7.5电渗驱动下微流动的分离及弯道效应的消除224

7.5.1微流动分离及弯道效应224

7.5.2弯道效应的数学模型225

7.5.3弯道效应的显示225

7.5.4消除弯道效应的新方法228

7.5.5最优化设计229

7.5.6结果分析229

参考文献234

第八章 微流混合器239

8.1概述239

8.1.1微流混合器的应用与性能要求239

8.1.2微流混合器的分类239

8.2衡量混合效果的指标251

8.2.1浓度方差指标251

8.2.2 Lyapunov混沌指标252

8.2.3 图像中示踪粒子密度指标253

8.2.4 CCD图像直接计算混合效率253

8.3混沌混合理论254

8.3.1粒子轨道254

8.3.2各态经历理论255

8.3.3关联衰减256

8.3.4映射258

8.4螺旋式微混合器及其流场的数值模拟260

8.4.1螺旋式结构的分层作用260

8.4.2 Re数与混合效果关系262

8.4.3不同通道结构的混合效果263

8.5 磁性微混合器263

8.5.1磁流体的制备264

8.5.2旋转磁场下磁性流体的动力学特性267

8.5.3磁性微混合器的原理和性能分析268

参考文献270