[發明專利]一種微圓形管道內冪律流體性能分析方法及系統

在審

• 申請號: 202211295494.1
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115859845A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 鄧曙艷;肖潭
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F17/11;G06F113/08;G06F113/14
• 代理公司: 沈陽一諾君科知識產權代理事務所(普通合伙) 21266
• 代理人: 劉麗娟

本發明公開了一種微圓形管道內冪律流體性能分析方法及系統，包括：根據坐標系對對圓形微管道建模，建立圓形微管道模型結構；獲取圓形微管道模型結構中的P?B方程和修正的Cauchy動量方程，建立圓形微管道中冪律流體的電滲流的模型；通過電滲流的模型獲取微圓形管道內冪律流體性能參數，根據微圓形管道內冪律流體性能參數繪制特性曲線，獲取微圓形管道內冪律流體的特性。通過對微圓形管道進行建模，建立坐標系，獲得圓形管道冪律流體電滲流的修正的Cauchy動量方程和完全P?B方程，獲取微圓管道截面上的速度場的數值解，獲得微圓形管道內冪律流體性能參數速度場、總流量、冪律流體粘性以及剪切力分別隨不同參數的變化及所受到的影響，從而能夠通過調整上述參數。

技術領域

本發明涉及微納米流控制技術領域，尤其涉及一種微圓形管道內冪律流體性能分析方法及系統。

背景技術

隨著微納米技術的深入研究，微納米流控制系統已在生物、醫藥、化工、地質等領域受到廣泛應用，而微流體流動涉及力學、化學、生物學以及物理學等領域，成為了一門交叉型研究領域，受到了越來越多的關注。

微流體技術與微流體設備受到廣泛關注，其主要原因是：

1)易于制作集成幾百微米甚至更小尺寸的流動結構陣列；

2)生物技術等在細胞特征尺寸的操作與探測微量液體的迅速發展以及突出優勢；

3)可以滿足降低微流體設備制作復雜度和成本，提高分析任務；

4)微系統應用中，從物理、化學和生物方面的基礎性研究所帶來的潛在應用價值。

于是，大量的研究工作集中在基于微閥、微泵、微分離器、微轉換器、微傳感器、微處理器、微混合器、微過濾器等微流體設備應用的微流動技術。

但是現實中，流體的流動特性與宏觀尺度下的流動相比，具有極大的區別。所以連續介質假設是否適于實際流動，需慎重考慮，且會出現獨特的微尺度效應、如滑移現象、熱蠕動效應、稀薄效應、粘性加熱效應、可壓縮性、分子間作用力和一些其他非常規效應。因此，充分掌握微尺度下流體傳輸過程對設計、操作以及優化微流體技術設備具有重要意義。

發明內容

針對上述缺陷或不足，本發明的目的在于提供一種微圓形管道內冪律流體性能分析方法及系統。

為達到以上目的，本發明的技術方案為：

一種微圓形管道內冪律流體性能分析方法，包括：

根據坐標系對對圓形微管道建模，建立圓形微管道模型結構；

獲取圓形微管道模型結構中的P-B方程和修正的Cauchy動量方程，建立圓形微管道中冪律流體的電滲流的模型；

通過電滲流的模型獲取微圓形管道內冪律流體性能參數，根據微圓形管道內冪律流體性能參數繪制特性曲線，獲取微圓形管道內冪律流體的特性。

所述根據坐標系對對圓形微管道建模，建立圓形微管道模型結構具體包括：

定義微圓形管道的半徑為R，坐標系原點位于管道截面的圓心處，r為徑向坐標，z為縱向坐標。

所述P-B方程和修正的Cauchy動量方程為；

所述P-B方程為：

其中，所述ε_r為相對介電常數，ε₀則是真空內的介電常數，r為徑向坐標，單位體積內的離子濃度服從Boltzmann分布表示為：

其中，設電解質溶液內陽離子與陰離子的電荷數比例為χ+:χ-＝1:1，當飽和狀態下電勢ψ(r)＝0；