超聲波驅(qū)動微流體及聲流邊界層的數(shù)值研究.pdf

1、超聲波微流控技術(shù)在近些年發(fā)展迅速，相比其他一些常用的微流體驅(qū)動方法（微閥，電學(xué)、磁流體驅(qū)動，光攝）有著它獨特的優(yōu)勢和發(fā)展前景，其原理在于聲場能量的耗散轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w能量形成穩(wěn)定的聲流。由于在微尺度條件下，表面力、粘性力占主導(dǎo)作用，研究邊界層聲流的流動特性對認(rèn)清聲流效應(yīng)的作用機理和微流體驅(qū)動器件的應(yīng)用意義重大。近些年，對超聲波微流控器件的研究大多采用實驗方法，對其機理研究較少，并且聲流的非線性特征使得傳統(tǒng)近似的理論分析方法無法準(zhǔn)確的描述聲流現(xiàn)

2、象。為此，本文采用直接計算氣動聲學(xué)（Computational Aeroacoustics）方法，發(fā)展了CE/SE（Conservation Element&Solution Element Method）算法（守恒元/解元算法），對體聲波（Bulk Acoustic Waves）作用下的微流體驅(qū)動機理進(jìn)行數(shù)值分析。該研究具有很好的理論意義，可以深入地理解超聲波聲流效應(yīng)的作用機理，并發(fā)掘聲流驅(qū)動器件潛在的發(fā)展前景。具體工作包括：

3、　　1)完成CE/SE算法的驗證。CE/SE相比一般的CAA格式有著以下的顯著優(yōu)勢：高分辨率，構(gòu)造簡單，邊界處理容易，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格適應(yīng)性好。
　　2)完成滑移邊界和無反射邊界的驗證。當(dāng)克努森數(shù)0.01　　3)研究平板邊界層聲流的流動特征。研究平面體聲波在水平平板上造

4、成的邊界層流動（聲流邊界層），根據(jù)平板流向和法向的非穩(wěn)態(tài)速度、壓力、密度等物理量的瞬時流動和平均流動，分析邊界層流動特性和邊界層內(nèi)流及外流的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律。同時對比分析了不同雷諾數(shù)下的邊界層流動。
　　4)研究二維管道聲流和超聲波的微流驅(qū)動效應(yīng)。對比分析了不同管道直徑和激勵頻率對驅(qū)動流的影響，總結(jié)管道聲流的最大驅(qū)動效率與管徑和激勵頻率的匹配規(guī)律。
　　5)初步研究以傳熱為代表的超聲波聲流效應(yīng)的作用機理。討論超聲波對二維平行恒溫