平面Poiseuille流的穩(wěn)定性：微尺度、粘性分層及波形壁的影響.pdf

1、本文討論了有關(guān)平面Poiseuille流穩(wěn)定性的三個(gè)重要問(wèn)題，即微尺度、粘性分層及波形壁的對(duì)流動(dòng)穩(wěn)定性影響。首先，隨著兩平板間間距尺度的減小，平板間流動(dòng)(稱作微流動(dòng))的行為將偏離宏觀流動(dòng)?；谶B續(xù)介質(zhì)假設(shè)的NS方程往往不再適用，需要基于分子運(yùn)動(dòng)的理論來(lái)進(jìn)行研究。當(dāng)流動(dòng)的克努森數(shù)為0.01左右時(shí)，正好處于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)適用的邊沿，可以用修正后的NS方程來(lái)研究。 本文首先討論了克努森數(shù)不是特別大的微流道內(nèi)平面Poiseuille流的穩(wěn)

2、定性問(wèn)題。用表觀粘性代替液體的真實(shí)粘性，結(jié)果顯示：由于靠近壁面處流體分子運(yùn)動(dòng)受阻，流速分布出現(xiàn)了拐點(diǎn)，導(dǎo)致流動(dòng)失穩(wěn)臨界雷諾數(shù)小于傳統(tǒng)值，即流動(dòng)更容易失穩(wěn)。隨后，在分子理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了微流道內(nèi)液體表觀粘性系數(shù)的分布。證實(shí)了在一定條件下，靠近壁面處的液體表觀粘性比其真實(shí)粘性要大很多，但該粘性變化隨離壁距離衰減很快。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，影響深度只有幾納米。 論文的第二部分討論了宏觀流動(dòng)穩(wěn)定性情況。首先研究了粘性分層平面Poise

3、uille流的穩(wěn)定性，建立了斷面模型、單膜模型、雙膜模型來(lái)模擬液—液界面。計(jì)算結(jié)果可以看出，斷面模型得到的臨界雷諾數(shù)最低，其次是雙膜模型，而單膜模型的臨界雷諾數(shù)最高。從界面結(jié)構(gòu)看，雙膜模型的計(jì)算結(jié)果應(yīng)該最合理的。最后，又利用坐標(biāo)變換，研究了小振幅周期性波形壁流道內(nèi)的平均流速分布及其流動(dòng)穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)波形壁對(duì)流動(dòng)穩(wěn)定性有很大影響，使流動(dòng)更易失穩(wěn)。 所有計(jì)算均采用Chebyshev配置點(diǎn)法。上述研究結(jié)果為今后微萃取反應(yīng)器研究打下了堅(jiān)實(shí)