基于微柱阵列的ZnO纳米线的微流控合成

开发了一种新型的微流控合成方法,通过微通道内周期性排列的微柱阵列调节微通道内的局域流场,实现了连续流微环境下氧化锌(ZnO)纳米线的可控合成。分析了微柱阵列中行间距和列间距变化对通道内剪切流场的影响,研究了局域流场的变化对纳米线形貌和尺寸的影响。随着行间距的不断减小或列间距的不断增大,柱间区C1的局域流场不断增大,纳米线的直径与长度也随之增大。以异硫氰酸荧光素标记的羊抗牛免疫球蛋白G(FITC-antiIgG)为模型分子,对ZnO纳米线在生物荧光检测中的应用进行了探究。结果表明,行间距为200μm、列间距为200μm微柱阵列的芯片中制备的纳米线具有最大的表面积,表现出最佳的荧光增强性能。

基于EDEM-Fluent耦合的激光机械钻头井底流场与排屑性能研究

激光机械钻头是一种新型破岩装备,适用于超深层油气资源的开发。在钻进过程中,先利用激光对岩石进行辐射,使得机械钻头能够快速破岩,但同时会产生大量岩屑。若激光机械钻头的排屑性能不佳,则会导致二次钻井以及钻头磨损加剧,而钻头起下钻频繁会严重影响钻井效率。为此,以提高激光机械钻头排屑性能为目标,建立了激光机械钻头三维模型,利用EDEM-Fluent耦合方法对其排屑过程进行了数值模拟;同时,通过对激光机械钻头井底流场的分析,提出了排屑性能指标,并采用正交试验法对其流道倾角、流道直径以及激光通道宽度进行了优化,从而改进了其井底流场和排屑性能。结果表明:优化后激光机械钻头的流道倾角为17°,流道直径为10 mm,激光通道宽度为5 mm;井底低速区面积占比为11.07%,下降了26.19个百分点;井底径向漫流速度为27.93 m/s,提高了61.54%;环空岩屑运移速度为8.97 m/s,提高了46.57%;平均岩屑滞留量减少了46.38%,平均岩屑堆积量减少了59.43%。综上,优化后激光机械钻头的排屑性能得到了有效提升。研究结果可为激光机械钻头水力结构的设计提供数据参考。

短电弧-电解复合加工深小孔间隙流固耦合特性研究

针对深小孔结构加工存在的质量要求高、孔径小、数量多、加工难度大等问题,提出了短电弧-电解复合加工深小孔的方法。短电弧-电解复合加工具有不受材料影响、加工效率高以及表面质量好等优点,但由于深小孔加工阴极柔性大,加工易震颤且电弧放电能量大会引起排屑不畅、短路、二次放电问题。针对上述问题,对短电弧-电解复合加工深小孔间隙流固耦合特性展开研究。从间隙流场角度出发,研究了不同进给速度以及不同加工深度下间隙流场的运动特性,并设计实验验证仿真结果。结果表明:在一定范围内,短电弧-电解复合加工进给速度越快,极间介质平均运动速度越快,颗粒分布越均匀,排屑效果越好,因此通过增加进给速度可以促进排屑,提高短电弧-电解复合加工的稳定性。

一种微流控细胞分离芯片及其流场分析

微流控细胞分离芯片中流场的分布对混合细胞的有效分离有非常重要的意义,是细胞分离芯片结构设计的一个重要因素。本文设计了一种细胞分离芯片,用于将细胞融合实验后的融合细胞从大量未融合细胞中自动分离出来。为进一步研究芯片中流场分布与芯片结构的关系,利用CFD分析软件Fluent对微流控细胞分离芯片中的流场进行仿真分析,得到其流速分布。针对微通道中的流动情况实验分析表明,实验与仿真结果相比误差在10%以内,证明了CFD软件仿真在细胞分离芯片结构的设计中的指导作用。通过对仿真结果的对比分析,选择了一个优化的芯片结构模型并制作了Y型通道的微流控分离芯片。

基于参数化CAE流程的曲面气浮轴承流场的研究

气浮技术的典型应用跨立式气浮支撑技术由径向止推轴承和轴向轴承组成。该形式便于加工但组装缝隙会被承载力以杠杆效应放大,导致结构失稳或重启后精度丧失。通过对气体轴承传统模型功用利弊的分析,提出了曲面式气浮轴承,并建立了数值仿真模型,用以分析曲面式气浮轴承与跨立式气浮轴承的承载特性。借助FLUENT与DX模块的参数化设计功能,对该类问题的数值模拟精度提出了解决方案。借用以上方法,求得了该尺寸下具有数值稳定性的离散化模型文件,并应用该文件对曲面气浮轴承进行了仿真研究。结果表明:新式网格无关性数值模拟实验有助于提高数值模拟的计算精度,曲面气浮轴承比较与跨立式气浮轴承具有结构紧凑承载稳定等优点。

基于单片机控制的微型轴流式血泵外磁驱动系统

微型轴流式血泵是目前人工心脏结构研究的热点,外磁驱动是一种新型的血泵驱动方式。该文介绍了以单片机AT89S52为控制单元的血泵外磁驱动系统,该系统具有良好的调速性能和控制性能。还介绍了其硬件设计和软件设计。

基于参数化CAE流程下提高曲面气浮承载能力方法的研究

气浮轴承的流场结构具有极大的长径比,通常与轴承直径之间相差四个数量级以上,气浮轴承的仿真运算变得十分困难。通过对气体轴承传统模型功用利弊的分析,提出了曲面式气浮轴承,并建立了数值仿真模型,用以分析曲面式气浮轴承与跨立式气浮轴承的承载特性。借助FLUENT与DX模块的参数化设计功能,对该类问题的数值模拟精度提出了解决方案。借用以上方法,求得了该尺寸下具有数值稳定性的离散化模型文件,并应用该文件对曲面气浮轴承进行了仿真研究。结果表明:新式网格无关性数值模拟实验有助于提高数值模拟的计算精度,曲面气浮支撑结构比较比跨立式气浮支撑结构具有更紧凑的承载特性。

智能化的LDV计数型信号处理器

叙述了新型的智能化的激光多普勒测速(LDV)计数型信号处理器的原理,分析了它的性能与特点。它具有500MHz的时钟,输入信号频率从1kHz到100MHz。经处理后的多普勒信号可直接送给计算机进行实时数据采集与处理。显示单元除显示数据率外,通过键入光束焦距、激光波长、光束夹角等参数,可直接读出流体瞬时速度的大小和方向。

现场可编程门阵列技术在水轮发电机组流速测量中的应用

为了解决流速仪法测量水轮发电机组流量中多路流速信号的同步测量问题,提出一种现场可编程门阵列(FPGA)与神经元芯片相结合的测量方案。该成果实现了LonWorks现场总线技术和在线可编程技术的优势互补,灵活设定的计数范围和自动换挡的分频次数保证了测量值的准确性,采用状态寄存器的方法减小了神经元芯片控制功能对I/O引脚的依赖,提高了系统的实时性。

FF本质安全总线型双转子流量计的研究

叙述了具有本质安全的FF总线原理,应用单片机与基金会总线接口芯片FB3050相结合,实现了具有本质安全的总线型双转子流量计。

单细胞捕捉微流控芯片设计及流场分析

聚合物单细胞捕获微流控芯片中流场分布对细胞捕获有着重要意义,是芯片结构设计的一个关键因素。在聚合物单细胞捕获微流控芯片中,不同尺寸微坝结构对细胞捕获效率有影响。针对成骨细胞的捕获与培养设计了3种尺寸的微坝结构,并对成骨细胞捕获和培养过程芯片内部流场进行了模拟分析,模拟结果显示下端开口尺寸为10μm的微坝结构内部流速最小,故其流体对细胞产生的作用力越小,细胞变形程度越小,细胞越容易被留在微坝中,从而被捕获。为之后的实验提供了一定的指导作用。

PDMS微流控芯片微筛阵列流场的Micro-PIV分析

针对微流控芯片上的细胞培养技术,很多微流控芯片设计力图追求高通量,但并未考虑芯片中流场的分布状态,导致细胞培养效果不佳.本文介绍了直径1μm的荧光粒子以30μL/min的速度注入芯片中,利用Micro-PIV技术对设计的含有16μm微筛阵列的PDMS微流控芯片进行流场、流速的测试与分析,得到高分辨率的流场、速度矢量分布图,并且与ANSYS软件模拟结果进行比较.实验结果表明:液体经过微筛阵列时,流速逐渐减小,流场分布稳定均一,模拟结果与实际结果吻合.

基于微细电铸法制备微流控芯片模具工艺

提出了一种制备微流控芯片模具的方法。首先,在分析微细电铸流场特性的基础上研究了流速对微流道传质的影响;然后,讨论了脉冲频率、电流密度、安培时、温度四个参数对微流控芯片模具质量的影响;最后,分析了基底毛化与模具结合力的关系。该方法实现了表面粗糙度值小、侧壁垂直度高的微流控芯片模具的制备。

铅Pb^(2+)在自由流电泳芯片(μ-FFE)中运动轨迹的仿真

为了研究铅Pb2+在自由流电泳中的运动轨迹,通过COMSOL仿真软件研究μ-FFE中外加电场大小、进液流速对铅离子分离富集的影响,并找出较优的参数与方案。首先建立了矩形芯片结构仿真模型,加入模拟需要的速度、浓度、电场三个物理场。此次参数设定在考虑以往实验的基础上选择外加电压大小为110V至150V之间,进液流速在6.3*10-5m/s到7.8*10-5m/s之间。从仿真结果来看,外加电压大小为150V左右进液流速为7.3*10-5m/s即0.08ml/min时铅离子偏转比较明显。该研究对工业废水排污重金属分离提供了借鉴。

柔性尖端耦合气泡的高稳定性增强型超声微流控结构

超声微流控技术是一种将高频超声激励耦合至微流控芯片的技术。针对常规超声微流控器件柔性尖端结构扰动效果差以及气泡易受热变形等问题,提出一种柔性尖端耦合气泡的增强型超声微流道结构,提高流场扰动效果以及结构稳定时长。首先,利用有限元分析方法对超声激励下柔性尖端、气泡、耦合三种结构的流场分布特性进行仿真,得到速度场稳态分布特性。然后,设计并制备三种结构的超声微流控芯片,利用2.8μm聚苯乙烯微球作为示踪粒子对流场扰动特性进行分析。此外,对贴壁气泡和耦合结构中气泡尺寸及生长速度进行分析。最后,利用人血红细胞(RBCs)对耦合结构的生物样本适用性进行验证。实验结果表明:相比于柔性尖端及贴壁气泡结构,耦合结构的流场扰动范围分别提高439.53%和133.48%;气泡生长速率可由14.4%降低至3.3%。本文提出的增强型超声微流控结构有望在微米尺度流场扰动及颗粒操控方面广泛应用。

基于FLUENT对除尘装置收集率影响因素分析

目前,国内企业对于航空级螺栓仍采用人工的打磨方式,难以达到高质效的加工效果,易造成环境的污染和工人的健康损伤。为掌握螺栓自动打磨系统除尘装置影响因素及除尘效果以便更好应用于现场,使用Fluent软件系统研究除尘装置风速颗粒粒径以及打磨点位置等因素对除尘效果的影响规律。对螺栓自动打磨系统的除尘装置进行连续相以及离散相DPM模拟,得出在给定风速下的流场仿真结果、颗粒运动轨迹及影响颗粒收集效率的影响因素。最终得到结论,在风速为30 m/s及打磨点位于(Y+10.6,Z-10.6)即砂轮斜下方45°时除尘效果最佳,除尘效率达到92.31%,可以对打磨系统内粒径范围在20μm~120μm的颗粒进行高效收集。