微流体系统的数值模拟

论文摘要

微流体系统是指集成微传感器、微泵、微阀、微通道、微计量器等元器件,用于实现微量流体的压力、流量控制及成分分析等功能,适合批量生产的高度集成系统。微流体系统应用领域包括流体的微量配给,药物微量注射,生物和化学传感,药物运输,环境监测等。微流体系统具有:尺寸小,功耗低,稳定性高等优点[1-2],具有广阔的市场应用前景。无针注射是一种新型的药物注射方法。它采用压缩弹簧及高压气体作为动力将注射管中药液从小孔排出,形成高速射流,代替传统的注射针头让药液穿透皮肤表层射入人体组织。本文首先利用CFD-FLUENT软件对无针注射器的工作过程进行数值模拟,采用非结构网格对无针注射器流动区域进行离散化,利用C语言对FLUENT进行二次开发,施加注射器入口瞬态边界条件,得到了注射器内药液压强变化和出口射流速度的变化规律以及药液射流在空气中的运动情况。其次研究了新型微流体滤波器的滤波及液体混合效率,得到了不同设计参数和工况下微流体滤波器滤波效率和液体混合效率。数值结果表明,微流体滤波器滤波和液体混合效率跟滤波腔数目,流动周期平均速度,脉动速度振幅,脉动频率相关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 微机电系统（MEMS）技术的发展及应用
• 1.3 无针注射器的发展及应用
• 1.4 微流控分析芯片
• 1.5 FLUENT 软件简介
• 1.6 本论文主要工作及章节安排
• 2 微流动的研究方法
• 2.1 微流动研究现状
• 2.2 影响微流动的主要因素
• 2.3 微流动的理论分析
• 2.4 微流动的模拟方法
• 2.5 本章小结
• 3 无针注射器工作特性的数值模拟研究
• 3.1 引言
• 3.2 无针注射器数值模拟
• 3.3 无针注射器工作特性结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 微流体滤波器数值模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 微流体滤波器结构
• 4.3 气液两相流动VOF 方法
• 4.4 微流体滤波器流动特性数值模拟
• 4.5 微流体滤波器滤波效率研究
• 4.6 微流体滤波器混合效率研究
• 4.7 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士期间发表的学术论文