纳柱阵列通道中生物分子等效淌度的宏观输运理论分析

各向异性生物分子或带电布朗粒子在周期性孔隙结构运动的分析在生物医学、水处理、环境工程等无数领域具有非常重要的意义. 本文基于宏观输运理论计算粒子在周期性微纳阵列结构中等效输运 参数, 预测分离结果. 首先通过引入构型熵及有效电荷等参数, 建立各向异性生物分子在纳米级受限环境下的等效布朗粒子模型, 然后应用宏观输运理论和数值方法计算分子的等效淌度. 以小分子DNA 片段在周期性纳柱阵列通道中电泳迁移为例, 证明当通道空隙接近或小于分子尺寸时, 熵受限对分子的等效迁移速度有重要的影响, 是实现生物分子分离的主要机理. 因为熵受限的作用随着外电场的增强而减低,所以在较低电场强度条件下, 分子淌度差别较大, 对应分离效果较佳. 关键词： 生物分子分离 构型熵 微纳阵列 宏观输运理论     

微流动细胞颗粒中介电泳力的分析

介电泳分离方法的研究在微电子机械系统及生物领域具有广泛的应用前景.本文对介电泳作用下细胞颗粒在微通道电解溶液内流动进行了理论分析,对作用在分离流动方向细胞颗粒上的介电泳力和粘性力进行了分析.模拟了交流电场在频率1000 kHz微通道内三维电势分布和不同时间的介电泳力分布变化.     

简体长度对旋风分离器内流场影响的数值模拟

采用RSM(雷诺应力模型)对旋风分离器内气相流场进行了数值模拟,计算得到不同筒体长度旋风分离器内流场的流动特性,结果表明分离器内的切向速度随着筒体长度的减小而增大;气体旋转运动的强度越强,分离效率越高.但筒体长度过短时,湍动能在内外涡分界面处有较大波动,使分离效率降低;当进口气速一定时,旋风分离器的压降随着筒体长度的增加而降低.     

分离作用RFQ膜片电极的优化设计

用RELAX3D模拟分离作用射频四极场(SFRFQ)加速结构中傍轴下的电场分布，并分析了膜片孔径、加速间隙等参数对粒子能量增益的影响，找到了设计SFRFQ电极的一般方法，使得在极间电压为70kV的情况下(以O⁺为例)，粒子通过一个周期单元，可获得100keV以上的能量增益，小球微扰法的测量值与模拟结果能很好的符合. 关键词： 分离作用射频四极场 RELAX3D 能量增益 反场     

一种新型双间隙输出腔的理论和实验研究

从双间隙分离腔的色散关系式出发,通过数值计算求出了分离腔中IM010模对应的谐振频率,并给出了腔内轴向电场的分布图,证实了分离腔中存在着电场反相的π模场。因此,可以将其用作电场反相的双间隙输出腔,来实现双间障提取。并用2.5维粒子模拟程序——卡拉特（KARAT）程序对这种分离腔输出回路进行了粒子模拟和优化设计。通过详细的冷测和调试实验,研制出了中心频率为3.74GHz、QL值为7.8的低QL值双间隙输出腔。     

旋转气固两相流动与分离数值模拟

针对旋转气固两相流分离及其应用问题,研究旋转气固两相流中尘粒的运动特性及分离效率,提出了分离效率的计算式.考虑尘粒间碰撞与并聚、喷水对尘粒间碰撞与并聚的影响,数值模拟研究旋转分离器内气固两相流场、尘粒运动特性及分离效率.研究结果表明分离器结构对流场和压力场有显著影响,且尘粒并聚有利于提高分离效率.     

一种新型双间隙输出腔的理论和实验研究

 从双间隙分离腔的色散关系式出发,通过数值计算求出了分离腔中IM₀₁₀模对应的谐振频率,并给出了腔内轴向电场的分布图,证实了分离腔中存在着电场反相的π模场。因此,可以将其用作电场反相的双间隙输出腔,来实现双间障提取。并用2.5维粒子模拟程序——卡拉特（KARAT）程序对这种分离腔输出回路进行了粒子模拟和优化设计。通过详细的冷测和调试实验,研制出了中心频率为3.74GHz、Q_L值为7.8的低Q_L值双间隙输出腔。     

电场驱动下布朗粒子在周期管道内的运动

采用分子动力学方法模拟研究电场驱动下布朗粒子在周期管道内的运动. 管道由a和b两部分周期排 列而成, 其中a管道对粒子有吸引作用, b管道对粒子有纯排斥作用. 结果表明, 粒子迁移率随电场强度的变化存在 明显的跳变. 当电场强度比较小时, 迁移率趋于零, 布朗粒子在a管道区域存在明显的受限过程; 当电场强度比较大 时, 迁移率趋于1, 布朗粒子在管道内呈现近自由运动     

有压差平板微通道内电渗流动换热的介观模拟

采用能量守恒的耗散粒子动力学方法(eDPD)对平行平板微通道内的电渗流动与换热问题进行了模拟,电势分布由Poisson-Boltzmann方程描述。获得了不同电动参数下的纯电渗速度及温度分布并分别与解析解及有限元方法对比以验证正确性及精度。进一步模拟了有压差驱动下纵向电场在壁面异质电势微通道内引起的电渗微混合与对流传热问题,研究结果表明纵向电场对通道内的流动与传热具有明显的影响,而压力梯度的增大会导致电渗作用被逐渐削弱。     

微通道介电泳颗粒流动中的焦耳热分析

微通道中的介电泳颗粒流动是芯片实验室装置的最重要应用之一.生物和医学领域的实际应用中,为获得足够的介电泳颗粒控制能力,在高电导率的电解溶液上施加强电场,而这将引起溶液温度的明显升高.本文建立了介电泳颗粒流动中的电场分布和焦耳热效应的理论模型.对介电泳微通道中电解溶液中的电场与温度场进行了计算,分析了介电泳作用下产生的焦耳热对微通道内温度场的影响.