多孔介質(zhì)微流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)-研究

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1、致謝非常榮幸能在中國(guó)計(jì)量學(xué)院度過兩年半的研究生生涯，在這短短兩年半的時(shí)間里，我受益良多，感悟良多，感慨萬(wàn)千。如今，研究生的生涯也即將離我遠(yuǎn)去，在這里對(duì)陪伴我度過研究生生涯的老師和同學(xué)們表示深深的感謝。首先，我要感謝我的導(dǎo)師王昊利教授的悉心指導(dǎo)。王老師淵博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)造性思維，以及忘我的敬業(yè)精神永遠(yuǎn)值得我學(xué)習(xí)。導(dǎo)師不僅在課題上引導(dǎo)我，更是生活中讓我明白了很多做人的道理，這些寶貴的精神財(cái)富將使我終身受益。感謝恩師在這兩年半時(shí)間里在科研上和生活上給予的關(guān)心和幫助，在此謹(jǐn)向我的恩師致以最誠(chéng)摯的謝意，祝福恩

2、師工作順利，身體健康，桃李滿天下。感謝我的師姐韓巍，師兄徐明，麻程健，師妹翟美紅，師弟史飛，趙攀杰給予我學(xué)習(xí)以及實(shí)驗(yàn)上的幫助，是徐明師兄教會(huì)了我使用Micro-PIV，師妹翟美紅幫助我實(shí)驗(yàn)，麻程健在日常生活中給了我很多幫助，我感受到了同門師兄弟、師妹間的情誼與溫暖。感謝寢室的于君坦，田鵬飛，1204的劉丁發(fā)，劉富海，宮通勝，還有組織里的樊奇，梁雪敏，秦廣素等小伙伴們?cè)谘芯可鷮W(xué)習(xí)期間對(duì)我的關(guān)心和支持，因?yàn)橛辛四銈儯芯可畈鸥?。同時(shí)，我還要感謝我的家人，感謝你們對(duì)我的支持。王鵬偉2014年9月萬(wàn)方數(shù)據(jù)多孔介

3、質(zhì)微流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究摘要：多孔介質(zhì)在自然界和生物體內(nèi)廣泛存在，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，揭示其內(nèi)部流場(chǎng)及壓差特性對(duì)于研究多孔介質(zhì)流動(dòng)過程、動(dòng)量、能量及質(zhì)量的復(fù)雜輸運(yùn)機(jī)理具有重要意義。本文利用MEMS技術(shù)設(shè)計(jì)加工了兩種不同結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)模型：微柱群型和微珠填充型。采用Micro-PIV技術(shù)和高精度的微差壓變送器對(duì)多孔介質(zhì)模型的流場(chǎng)和壓差特性進(jìn)行研究。首先，采用Micro-PIV技術(shù)測(cè)量了雷諾數(shù)為0.1~1時(shí)微柱群中間層的流場(chǎng)（20×物鏡，1μm粒子），在速度分布的基礎(chǔ)上計(jì)算了剪切應(yīng)力的分布。結(jié)果表明，速度場(chǎng)沿流向和展向均

4、具有良好的對(duì)稱性，符合低雷諾數(shù)流動(dòng)特征。另外發(fā)現(xiàn)均勻排列微柱群多孔介質(zhì)模型相鄰兩列圓柱之間存在兩條對(duì)稱流線，其上流速不變；非均勻排列微柱群模型相鄰兩列圓柱之間存在兩條不對(duì)稱的流線，其上流速不變。利用Micro-PIV系統(tǒng)的高精度移動(dòng)平臺(tái)采集二維流場(chǎng)，并構(gòu)建三維流場(chǎng)，流場(chǎng)反映了多孔介質(zhì)內(nèi)的全場(chǎng)流動(dòng)特征。剪切應(yīng)力的均方根計(jì)算結(jié)果表明，不同結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)模型剪切應(yīng)力的均方根與雷諾數(shù)呈線性關(guān)系。隨后，利用Micro-PIV技術(shù)測(cè)量了微珠多孔介質(zhì)模型中不同位置以及不同流量時(shí)的流場(chǎng)，并對(duì)粒子圖像的處理方法進(jìn)行了探索。測(cè)量結(jié)

5、果表明，在微尺度條件下空隙大的地方速度值比較大。微珠空隙間的流場(chǎng)具有明顯隨機(jī)分布特征。采用概率密度函數(shù)對(duì)速度分量u，v進(jìn)行了分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明沿展向方向速度分量呈高斯分布，且速度分量無(wú)量綱化之后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本不受流量和微珠直徑變化的影響。統(tǒng)計(jì)結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，統(tǒng)計(jì)曲線基本相同，峰值部分有所差異。最后，用微差壓變送器測(cè)量了空氣通過微柱群模型和微珠填充模型的壓差。結(jié)果表明，無(wú)論微柱群模型還是微珠填充模型壓差都與流量呈線性關(guān)系。壓差隨著孔隙率的增加而遞減，其遞減規(guī)律與剪切應(yīng)力的均方根相似，由此可見，多孔介質(zhì)流

6、動(dòng)的壓差主要源于由速度梯度引起的剪切能量損失。計(jì)算了柱群多孔介質(zhì)的滲透率，結(jié)果表明不同結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)模型的滲透率和孔隙率變化關(guān)系不同。關(guān)鍵詞：多孔介質(zhì)；微流體粒子圖像測(cè)速儀；流場(chǎng)；剪切應(yīng)力；壓差分類號(hào)：中圖分類號(hào)O368；UDC530I萬(wàn)方數(shù)據(jù)ExperimentalStudyontheMicroFlowCharacteristicsinPorousMediaAbstract:Porousmediawidelyexistinthenatureandindustry,andtheirstructuresareve

7、rycomplexandchangeable.Studyingtheinternalcharacteristicsoftheflowfieldandpressuredifferenceareimportantforunderstandingthecomplexmomentum,energyandmasstransferinporousmedia.Inthisstudy,theMEMStechnologyisusedtoprocesstwodifferentkindsofporousmediamodels.One

8、isthekindofmicro-cylinderporousmediaandtheotherispackedmicro-beadsporousmedia.ThecharacteristicsoftheflowfieldandpressuredifferenceintheporousmediamodelsarestudiedbyMicro-PIVtechniqueandhighprec