生物芯片微通道周期性电渗流特性

以双电层的Poisson-Boltzmann方程和黏性不可压缩流体运动的Navier-Stokes方程为 基础,提出二维均匀微通道周期电渗流的解析解. 分析结果表明,周期电渗流速度大 小不但与双电层特性和外电场有关, 而且与流动雷诺数(Re = \omega h^2/\nu )密切相关. 随雷诺数增加,双电层滑移速度下降. 当离开固壁距离增加时,双电层以外区域流动速度快 速衰减,速度滞后相位角明显增加. 研究发现在微通道有波浪状速度剖面. 给出在低雷 诺数时的周期电渗流渐近解,它的速度振幅与定常电渗流速度相同,并具有柱栓式速度分布 形态. 还得到在微通道宽对双电层厚的比值(\kappa h)很小时,Debye-H\"{u}ckel近似 的周期电渗流解, 并与解析解进行分析比较 微通道,双电层,周期电渗流,雷诺数     

坐标变换法数值求解微通道行波电场电渗流

采用坐标变换法数值求解了耦合的Poisson-Nernst-Planck (PNP)方程和Navier-Stokes(NS)方程, 研究二维狭窄微通道行波电场电渗流数值解. 数值结果表明,坐标变换法能有效降低电渗流解数值解在双电层的高梯度, 有效改善数值解的收敛性和稳定性. 坐标变换的电渗流数值解和原始坐标下的数值解完全一致. 坐标变换后采用简单的网格也能得到和原始坐标下复杂网格相同的解. 给出了滑移边界的近似解与完整的PNP-NS数值解的比较. 在双电层厚度与微通道深度比值(λ/H)很小的情况下(相对深通道), 两者的解基本一致. 但在λ/H较大时(相对浅通道)滑移边界的解高于电渗流速度.      

生物芯片中周期性电渗驱动液体薄膜的流动特性

研究了二维周期性电渗驱动液体薄膜的流动特性. 以Debye-Hückel 假设近似下线性化的Poisson-Boltzmann方程描述双电层电动势分布和电荷密度的分布关系, 与黏性不可压缩流体Navier-Stokes方程相耦合, 得到流体在自由面与固壁之间的周期电渗流流场的精确解. 结果显示, 薄膜内速度振幅与流体黏性密切相关, 雷诺数越大, 速度振幅就越小. 该文还细致分析了雷诺数和自由面ζ电势对自由面的流速振幅和薄膜内速度相位差的影响.     

动电学效应下微流动近壁面带电离子受力分析

应用离子分布的Boltzmann定律和Poisson方程研究了微流动中通道近壁面电势的分布,采用Derjaguin理论计算了动电学效应下带电离子受到的双电层作用力,应用Hamaker-De Boer 近似式得到了离子与壁面间的范德瓦尔力,同时也考虑到离子重力的影响,揭示了三种力对带电离子流动特性的影响.研究结果表明:无量纲间距d~*≤0.2时,离子重力的影响可以忽略,带电离子主要受范德瓦尔力和双电层作用力的作用,且二力均随d~*增大而减小,d~*≤0.02时,范德瓦尔力起主要作用,当0.020.2时,重力、范德瓦尔力及双电层作用力都趋于零,均可忽略.     

A COORDINATE TRANSFORMATION METHOD FOR NUMERICAL SOLUTIONS OF TRAVELING-WAVE ELECTROOMTIC FLOWS IN MICROCHANNEL

采用坐标变换法数值求解了耦合的Poisson-Nernst-Planck（PNP）方程和Navier—Stokes（NS）方程,研究二维狭窄微通道行波电场电渗流数值解．数值结果表明,坐标变换法能有效降低电渗流解数值解在双电层的高梯度,有效改善数值解的收敛性和稳定性．坐标变换的电渗流数值解和原始坐标下的数值解完全一致．坐标变换后采用简单的网格也能得到和原始坐标下复杂网格相同的解．给出了滑移边界的近似解与完整的PNP—NS数值解的比较．在双电层厚度与微通道深度比值（λ／H）很小的情况下（相对深通道）,两者的解基本一致．但在λ／H较大时（相对浅通道）滑移边界的解高于电渗流速度．     

微/纳尺度接触问题计算方法研究进展

接触问题广泛存在于现实生活的众多领域,近来随着微/纳米技术的不断发展,接触力学在基础理论和研究方法上面临许多新的挑战.本文在摩擦学的范畴内,对近年发展的若干求解微/纳尺度接触问题的计算方法及理论进行了综述.按发展先后及所解决问题的尺度范围划分,主要有3类评估微/纳尺度接触性能的计算方法:(1)连续介质力学方法;(2)分子动力学模拟; (3)多尺度方法.介绍了这3类计算方法的典型理论和主要数学描述,给出了这些方法对解决若干微/纳观接触问题如黏着效应、粗糙表面描述、表面摩擦及润滑、表面热效应、生物接触等的主要应用.最后, 探讨了微/纳尺度接触问题计算方法可能的发展方向及应用领域.      

微拉曼光谱研究M55JB碳纤维/微滴的拉伸变形行为

使用评价纤维/基体界面力学性能的新方法纤维微滴拉伸测试,来研究M55JB碳纤维/环氧树脂基体之间的界面应力传递性能。使用自制的微加载装置对碳纤维/环氧树脂微滴试样进行对称式拉伸测试,用微拉曼光谱仪记录下不同应变下的嵌入微滴内纤维上的拉曼频移信号,经过应力/频移关系转换成纤维轴向应力。实验结果显示,微滴内纤维轴向应力随载荷而明显增加。根据界面力平衡模型得到相应的界面剪切应力呈反对称式分布,在纤维嵌入端存在剪应力集中。新测试方法能保证嵌入微滴内纤维上的应力呈对称式分布,而且能降低纤维嵌入端附近的应力奇异性。     

磁过滤多弧离子镀C/C多层膜在模拟体液中的微磨粒磨损行为

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Ti6Al4V表面制备C/C多层DLC膜,利用纳米压痕划痕仪测试薄膜的纳米硬度和膜-基结合强度,采用微磨粒磨损试验机对C/C多层DLC膜在模拟体液环境中的磨损性能进行评价,并与Ti6Al4V的耐磨性能进行对比.结果表明:C/C多层DLC膜硬度达54.82 GPa,弹性模量和划痕临界载荷分别为342.27 GPa和0.52 N;在模拟体液环境中DLC膜的耐磨性能显著优于Ti6Al4V合金,DLC膜的磨损机制主要包括二体磨损及混合磨损;随着料浆浓度的增加,DLC膜的磨损机制从二体磨损向混合磨损过渡.     

微/纳米制造技术的摩擦学挑战

评述了国内外航天、信息和军事等高技术领域中微/纳米制造技术的研究现状和发展趋势,介绍了微/纳米制造技术特征及其关键技术问题,揭示了当器件的尺度由毫米量级减小到微米甚至纳米量级时,微器件材料表面和界面的摩擦学(摩擦磨损及润滑)、力学和化学等及其控制方法是微/纳米制造研究中急需解决的关键技术问题.这些问题的解决对摩擦学研究提出了严峻挑战,新的摩擦学理论和技术的出现将为微/纳米制造技术的发展以及相关问题的解决提供保障.     

油酸/PS/TiO_2复合纳米微球对液体石蜡抗磨性能的影响研究

采用种子乳液聚合法制备了油酸 / PS/ Ti O2 复合纳米微球 ,在四球摩擦磨损试验机上考察了油酸 / PS/ Ti O2 复合纳米微球添加剂对液体石蜡抗磨性能的影响 ,采用 X射线光电子能谱分析了钢球磨斑表面边界膜元素的组成及化学状态 .结果表明 ,油酸 / PS/ Ti O2 复合微球作为润滑油添加剂具有良好的抗磨性能 ,能显著提高基础油的失效载荷 .表面分析结果表明 ,复合纳米微球的抗磨作用取决于其摩擦化学反应所生成的含有 Ti O2 及部分添加剂分解产物的复合膜 .     

转子与定子碰摩的非线性动力学研究

转子与定子碰摩的动力学行为及其与系统参数关系对旋转机械设计和安全运行至关重要. 转子/定子碰摩系统是一类多参数控制的高维非光滑强非线性系统, 其动力学行为非常复杂. 本文主要从动力学与控制的角度对过去半个世纪有关转子与定子碰摩的研究成果进行归纳和总结, 其目的在于帮助读者尽可能全面系统地了解该问题的研究现状, 提炼尚待解决的问题, 以求推动转子与定子碰摩研究的进一步深入, 并为解决实际问题提供帮助. 本文将首先从碰摩局部模型和碰摩系统模型两个方面对已有的转子/定子碰摩系统的建模进行了简单的划分和归类. 其次, 以典型碰摩非线性响应为主线, 分别介绍了有关同频碰摩响应、谐波周期碰摩响应、准周期局部碰摩响应、干摩擦自激反向全周涡动响应、碰摩的全局响应行为以及碰摩响应的分岔与混沌方面的研究成果. 接下来讨论了在主被动抑制碰摩振动方面取得的结果. 最后, 给出结论并提出有待进一步研究的问题.     

非光滑多体系统动力学数值算法的研究进展

非光滑多体系统动力学数值计算方法是多体系统动力学研究的重要内容之一. 本文介绍了近年来含摩擦与碰撞的非光滑多体系统动力学数值算法方面的研究进展. 首先, 讨论了库仑摩擦模型和修正的库仑摩擦模型, 以及具有单边和双边约束的多体系统中法向约束力的特点. 其次, 回顾了基于连续模型和非连续模型的多体系统动力学方程的数值计算方法, 详细介绍了基于互补概念的非光滑多体系统动力学的事件驱动法和时间步进法, 分析比较了相关的数值算法. 最后, 指出了一些需要进一步研究的问题.     

随机动力系统中的概率密度演化方程及其研究进展

从概率密度演化的基本思想出发,阐述了概率密度演化方程的历史、进展与应用.文中首先剖析和澄清了概率守恒原理的物理意义,论述了概率守恒原理的随机事件描述和状态空间描述,并由此阐明了概率密度演化与系统物理演化的内在联系, 即:系统的物理状态演化构成了概率密度演化的内在机制. 在此基础上,结合概率守恒原理的两类描述以及系统状态的物理演化方程,以与历史上不同的方式,重新推导了经典概率密度演化方程,包括Liouville方程、FPK方程和Dostupov-Pugachev方程,进一步阐明了这些方程的物理意义, 以及它们不能降阶的原因.结合概率守恒原理的随机事件描述和解耦的系统物理方程,导出了广义概率密度演化方程. 分析了广义概率密度演化方程的物理意义.以非线性结构随机反应的概率密度演化分析为例,展示了概率密度演化理论的应用前景. 最后,指出了需要进一步研究的问题.      

数值模拟界面流方法进展

用数值模拟方法研究界面流,对于工程设计和理论分析复杂流动都是非常重要的.单纯用现有的高分辨格式无法清晰定出流体界面,故此对界面必须进行特殊的处理,例如界面跟踪(front tracking)方法．本文对界面流的各种数值模拟方法进行了综述．这些方法包括锋面跟踪法、移动网格法、基於粒子法、边界积方法、连续对流格式、体积跟踪方法和水平集的方法．我们着重介绍了现阶段处理流体界面问题使用较多的方法:体积跟踪方法和水平集方法．同时我们也对各种方法的优缺点作了评述.      

拟哈密顿系统非线性随机最优控制

主要介绍近十几年来拟哈密顿系统非线性随机最优控制理论方法及其应用的研究成果, 包括基于拟哈密顿系统随机平均法与随机动态规划原理的非线性随机最优控制基本策略, 即响应极小化控制、随机稳定化、首次穿越损坏最小化控制、以概率密度为目标的控制, 为将它们应用于工程实际而作的部分可观测系统最优控制、有界控制、时滞控制、半主动控制、极小极大控制的进一步研究, 以及综合考虑这些实际问题的非线性随机最优控制的综合策略, 非线性随机最优控制在滞迟系统、分数维系统等中的若干应用, 介绍与这些研究有关的背景, 并指出今后有待进一步研究的问题.     

凝析油气渗流理论研究进展

本文综述了凝析油气渗流研究的现状。简要介绍了凝析油气藏特征。开采方案及其试井分析方法,着重讨论了凝析油气渗流的基本方程、解析解法和数值模拟。在此基础上,提出了该理论研究的发展前景。      

齿轮系统非线性振动研究进展

围绕圆柱齿轮系统的参数振动和间隙非线性振动问题, 较为详细地评述了20年来国 际上的研究进展情况. 文中首先说明了齿轮系统啮合过程非线性振动的基本概念, 包括基本 的力学模型、数学模型、不同类型的分析系统和求解方法; 然后分别评述了时变轮齿啮合刚 度参数振动问题和齿侧间隙非线性振动问题的研究进展. 此后讨论了同时 包含齿侧间隙和时变啮合刚度时齿轮非线性振动问题方面的研究. 最后,建议了齿轮系统 非线性振动方面今后的研究重点.     

爆炸容器动力学研究进展评述

对爆炸容器在其内部爆炸加载下动力行为的理论和实验研究成果作了综述，对这一方面的工作作了展望并提出了一些建议．     

关于热波理论的研究

当热传导服从经典的Fourier定律时,温度场由抛物型方程所控制,热扰动以无限大速度传播。在通常情况下,热波的迅速衰减掩盖了这种佯谬。但对于热爆炸,热核聚变,快速化学反应,强激光与物质相互作用这样一些时间尺度极短(与从非平衡态达到局部平衡态的时间相比)的情形,需对Fourier定律进行修正。本文从Cattaneo方程及其唯象修正,Boltzmann演化方程,分子动力学数值模拟以及连续介质热力学理论四个方面对热波理论近20年的进展进行了评述,并对热波的实验验证及数值分析的某些重要结果进行了介绍,且提出了关于热波非弹性理论的新认识,讨论了可能的应用前景。     

电流变学研究进展

电流变学是近年来新兴的一门学科。本文从电流变学的发展概况，电流变流体，电流变效应的机理和电流变体的应用等４个方面对电流变学的概貌做了阐述，力求能准确地反映国际上电流变学的发展现状。