本書介紹了顆粒在流道中的遷移及自組織的應(yīng)用、特點(diǎn)、重要性、進(jìn)展以及數(shù)值模擬研究的方法；給出了槽道牛頓流中圓形和橢圓形顆粒的遷移和自組織顆粒鏈的形成過(guò)程；揭示了簡(jiǎn)單剪切流和槽道冪律流中圓形、橢圓形、矩形顆粒的慣性遷移和自組織顆粒鏈的形成機(jī)理；闡述了矩形管道冪律流體中球形顆粒的慣性遷移特征和方形管道中非牛頓流體中顆粒鏈的形成特征；得到了圓球顆粒在Giesekus流體中的遷移規(guī)律；分析了各種因素對(duì)橢球顆粒在Giesekus流體中遷移特性的影響。
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目錄
前言
常用基本符號(hào)說(shuō)明
第1章 緒論1
1.1 背景與意義1
1.1.1 微流控系統(tǒng)中顆粒的分離、捕獲與聚焦1
1.1.2 流式細(xì)胞儀2
1.1.3 顆粒成鏈對(duì)納流體強(qiáng)化傳熱特性的影響2
1.1.4 研究流道顆粒動(dòng)力學(xué)的意義3
1.2 研究進(jìn)展3
1.2.1 顆粒在牛頓流體中的遷移4
1.2.2 顆粒在非牛頓流體中的遷移10
1.2.3 顆粒自組織成鏈18
參考文獻(xiàn)21
第2章 基本理論與數(shù)值模擬方法30
2.1 非牛頓流體基本理論30
2.1.1 非牛頓流體本構(gòu)模型30
2.1.2 非牛頓流體主要特性及參數(shù)33
2.2 格子Boltzmann方法36
2.2.1 格子Boltzmann方程36
2.2.2 邊界條件38
2.2.3 水動(dòng)力及力矩計(jì)算44
2.2.4 碰撞模型45
2.3 格子Boltzmann方法在非牛頓流體中的應(yīng)用46
2.3.1 冪律流體中的應(yīng)變率和弛豫時(shí)間46
2.3.2 Bingham流體中的應(yīng)變率和弛豫時(shí)間47
2.3.3 在黏彈性O(shè)ldroyd-B模型流體中的應(yīng)用47
2.4 虛擬區(qū)域方法49
2.4.1 控制方程49
2.4.2 離散格式51
2.5 虛擬區(qū)域方法在黏彈性Giesekus流體中的應(yīng)用53
2.5.1 控制方程53
2.5.2 離散格式54
2.5.3 橢球顆粒的平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)55
2.5.4 顆粒碰撞56
2.5.5 算法驗(yàn)證59
2.6 Segré-Silberberg效應(yīng)的理論分析62
2.6.1 慣性橫向力62
2.6.2 顆粒的平衡位置63
參考文獻(xiàn)64
第3章 牛頓流體二維槽道流中的顆粒遷移67
3.1 圓形顆粒遷移的數(shù)值模擬方法驗(yàn)證67
3.1.1 單個(gè)顆粒的遷移67
3.1.2 兩個(gè)顆粒在簡(jiǎn)單剪切流中的遷移68
3.1.3 多個(gè)顆粒在槽道流中的單排成鏈68
3.1.4 多個(gè)顆粒在槽道流中的交錯(cuò)成鏈69
3.2 圓形顆粒的遷移與成鏈69
3.2.1 單排分布顆粒對(duì)70
3.2.2 交錯(cuò)分布顆粒對(duì)70
3.2.3 單排分布顆粒的成鏈71
3.2.4 交錯(cuò)分布顆粒的成鏈78
3.3 橢圓形顆粒的遷移與成鏈85
3.3.1 流場(chǎng)描述85
3.3.2 數(shù)值模擬方法驗(yàn)證86
3.3.3 單橢圓顆粒的遷移86
3.3.4 單排分布顆粒鏈的形成89
3.3.5 交錯(cuò)分布顆粒鏈的形成96
3.4 矩形顆粒對(duì)的遷移103
3.4.1 矩形顆粒對(duì)的描述及模擬方法驗(yàn)證103
3.4.2 單個(gè)顆粒的遷移104
3.4.3 顆粒對(duì)的間距和取向變化105
3.4.4 顆粒長(zhǎng)寬比和Re數(shù)對(duì)顆粒慣性聚焦和旋轉(zhuǎn)的影響107
參考文獻(xiàn)109
第4章 冪律流體二維槽道流中的顆粒遷移111
4.1 冪律流體及顆粒遷移模擬方法驗(yàn)證111
4.1.1 冪律流體二維槽道流速度分布111
4.1.2 冪律流體方腔頂部驅(qū)動(dòng)流速度分布112
4.1.3 冪律流體Couette流中顆粒的遷移軌跡112
4.2 圓形顆粒的遷移與成鏈113
4.2.1 單個(gè)圓形顆粒的慣性遷移113
4.2.2 圓形顆粒單排顆粒鏈的形成114
4.2.3 圓形顆粒交錯(cuò)顆粒鏈的形成123
4.3 圓形顆粒在簡(jiǎn)單剪切流中的遷移128
4.3.1 流場(chǎng)描述與單顆粒遷移128
4.3.2 冪律指數(shù)對(duì)三個(gè)顆粒遷移的影響129
4.3.3 Re數(shù)對(duì)三個(gè)顆粒遷移的影響130
4.3.4 阻塞率對(duì)三個(gè)顆粒遷移的影響133
4.4 橢圓和矩形顆粒的遷移137
4.4.1 流場(chǎng)描述與模擬方法驗(yàn)證137
4.4.2 冪律指數(shù)對(duì)顆粒遷移的影響138
4.4.3 顆粒長(zhǎng)徑比對(duì)顆粒遷移的影響140
4.4.4 阻塞率對(duì)顆粒遷移的影響143
4.4.5 Re數(shù)對(duì)顆粒遷移的影響145
4.5 雙尺度顆粒對(duì)的遷移148
4.5.1 流場(chǎng)描述與模擬方法驗(yàn)證148
4.5.2 冪律指數(shù)對(duì)顆粒遷移的影響150
4.5.3 Re數(shù)對(duì)顆粒遷移的影響151
4.5.4 影響顆粒間距達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的因素152
參考文獻(xiàn)154
第5章 非牛頓流體矩形通道流中的顆粒遷移156
5.1 冪律流體矩形通道流場(chǎng)顆粒遷移模擬方法驗(yàn)證156
5.1.1 流場(chǎng)描述156
5.1.2 冪律流體矩形通道流速度剖面驗(yàn)證156
5.1.3 顆粒在牛頓流體方形通道中平衡位置驗(yàn)證157
5.1.4 顆粒在牛頓流體方形通道中的軌跡及網(wǎng)格數(shù)無(wú)關(guān)性驗(yàn)證158
5.2 冪律流體方形通道流中的顆粒遷移158
5.2.1 冪律指數(shù)對(duì)顆粒軌跡的影響158
5.2.2 Re數(shù)對(duì)顆粒軌跡的影響160
5.2.3 顆粒的平衡位置160
5.2.4 Re數(shù)、冪律指數(shù)和阻塞率對(duì)顆粒遷移距離的影響162
5.3 冪律流體矩形通道流中的顆粒遷移163
5.3.1 冪律指數(shù)對(duì)顆粒軌跡的影響163
5.3.2 剪切變稀流體中Re數(shù)對(duì)顆粒軌跡的影響164
5.3.3 牛頓流體和剪切增稠流體中Re數(shù)對(duì)顆粒軌跡的影響165
5.3.4 顆粒的平衡位置167
5.3.5 Re數(shù)、冪律指數(shù)和阻塞率對(duì)顆粒遷移距離的影響168
5.4 非牛頓流體方形通道流中顆粒遷移的實(shí)驗(yàn)結(jié)果169
5.4.1 實(shí)驗(yàn)條件與步驟170
5.4.2 溶液配制、性質(zhì)表征與實(shí)驗(yàn)參數(shù)173
5.4.3 顆粒鏈的形成175
5.4.4 流體流變性質(zhì)對(duì)顆粒成鏈的影響177
5.4.5 溶液濃度的影響180
參考文獻(xiàn)182
第6章 黏彈性Giesekus流體簡(jiǎn)單剪切流中的顆粒遷移184
6.1 單圓球顆粒在小Re數(shù)下的遷移184
6.1.1 流場(chǎng)描述及顆粒遷移184
6.1.2 Wi數(shù)對(duì)顆粒遷移的影響186
6.1.3 剪切變稀性質(zhì)(?)對(duì)顆粒遷移的影響187
6.1.4 黏度比對(duì)顆粒遷移的影響188
6.1.5 阻塞率對(duì)顆粒遷移的影響189
6.2 雙圓球顆粒在小Re數(shù)下的遷移191
6.2.1 流場(chǎng)描述及顆粒遷移模式191
6.2.2 雙顆粒初始縱向間距對(duì)顆粒遷移的影響193
6.2.3 Wi數(shù)對(duì)顆粒遷移的影響194
6.2.4 剪切變稀性質(zhì)?對(duì)顆粒遷移的影響200
6.2.5 其他因素對(duì)顆粒遷移的影響202
6.3 橢球顆粒在小Re數(shù)下的遷移204
6.3.1 流場(chǎng)描述204
6.3.2 顆粒初始取向?qū)︻w粒遷移的影響205
6.3.3 Wi數(shù)對(duì)顆粒遷移的影響206
6.3.4 剪切變稀性質(zhì)?對(duì)顆粒遷移的影響208
6.3.5 顆粒初始取向?qū)︻w粒取向演變的影響209
6.3.6 Wi數(shù)對(duì)顆粒取向演變的影響213
6.3.7 剪切變稀性質(zhì)?對(duì)顆粒取向演變的影響220
6.4 雙圓球顆粒的彈性-慣性遷移223
6.4.1 流場(chǎng)描述與參數(shù)設(shè)置223
6.4.2 Re數(shù)對(duì)顆粒遷移的影響223
6.4.3 彈性數(shù)El對(duì)顆粒遷移的影響227
6.4.4 阻塞率對(duì)顆粒遷移的影響228
6.4.5 顆粒初始流向間距對(duì)顆粒遷移的影響229
參考文獻(xiàn)231
第7章 黏彈性流體槽道及矩形流道中的顆粒遷移234
7.1 顆粒在小Re數(shù)下Giesekus流體槽道流中的遷移234
7.1.1 流場(chǎng)描述234
7.1.2 顆粒初始位置對(duì)顆粒遷移的影響235
7.1.3 Wi數(shù)對(duì)顆粒遷移的影響238
7.1.4 剪切變稀性質(zhì)?對(duì)顆粒遷移的影響240
7.1.5 壁面約束對(duì)顆粒遷移的影響242
7.2 顆粒在小Re數(shù)下Giesekus流體槽道流中的異常遷移244
7.2.1 Wi數(shù)和剪切變稀性質(zhì)對(duì)顆粒異常遷移的影響245
7.2.2 顆粒異常遷移時(shí)的軌跡247
7.2.3 顆粒初始間距對(duì)異常遷移量的影響248
7.2.4 Wi數(shù)對(duì)異常遷移量的影響249
7.2.5 剪切變稀性質(zhì)?對(duì)異常遷移量的影響251
7.2.6 壁面約束對(duì)異常遷移量的影響251
7.3 顆粒在Giesekus流體矩形流道中的遷移253
7.3.1 背景與流場(chǎng)描述253
7.3.2 二次流255
7.3.3 小Re數(shù)下顆粒的遷移256
7.3.4 大Re數(shù)下顆粒的遷移257
7.4 雙尺度顆粒對(duì)在Giesekus和Oldroyd-B流體方形流道中的遷移258
7.4.1 流場(chǎng)描述與模擬方法驗(yàn)證258
7.4.2 兩顆粒直徑比對(duì)顆粒遷移的影響259
7.4.3 兩顆粒初始間距對(duì)顆粒遷移的影響262
7.4.4 Re數(shù)和剪切變稀性質(zhì)??對(duì)顆粒遷移的影響264
7.4.5 Wi數(shù)對(duì)顆粒遷移的影響266
7.5 Oldroyd-B流體矩形流道中顆粒的遷移267
7.5.1 模擬方法驗(yàn)證267
7.5.2 顆粒在方形流道中的遷移268
7.5.3 顆粒在矩形流道中的遷移275
參考文獻(xiàn)280
第8章 牛頓流體二維槽道流中雙尺度及異常顆粒的遷移283
8.1 雙尺度顆粒對(duì)的遷移283
8.1.1 雙尺度顆粒對(duì)的描述及模擬方法驗(yàn)證283
8.1.2 顆粒尺度比對(duì)顆粒間距的影響284
8.1.3 Re數(shù)對(duì)顆粒間距的影響286
8.1.4 顆粒的平衡位置286
8.2 可變形顆粒的遷移288
8.2.1 背景與模型288
8.2.2 模擬方法驗(yàn)證290
8.2.3 單個(gè)膠囊顆粒的遷移292
8.2.4 多個(gè)膠囊顆粒的遷移294
8.2.5 多顆粒情況下顆粒初始位置的影響299
8.3 布朗顆粒的溫控聚焦300
8.3.1 背景與模型300
8.3.2 方法及其驗(yàn)證302
8.3.3 壁面溫度對(duì)顆粒聚焦的影響306
8.3.4 熱擴(kuò)散性對(duì)顆粒聚焦的影響310
8.3.5 顆粒尺度和密度對(duì)顆粒聚焦的影響312
參考文獻(xiàn)314
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