摘要：模拟了一种多孔生物弹性体材料—聚癸二酸甘油酯(PGS)被植入人体软组织的传质扩散渗流现象;用N_(2)吸附-脱附法表征了PGS材料的孔隙结构;用多物理场仿真软件COMSOL设计不同孔道数目和孔径的支架模型,探究了孔隙度不变时孔道和孔径参数对血液渗流的影响;用COMSOL设计适配的PGS支架模型,结合流体动力学理论,对血液流过PGS支架时的血流特性进行数值模拟,对血流场的动力黏度和剪切速率进行了分析;对不同血液入口速度下的渗流压力和扩散情况进行了对比分析。结果表明,PGS为一种趋于介孔的材料;当血液在多孔支架内流动时,动力黏度随剪切速率的变化而变化,说明血液在支架内的渗流是一种非牛顿流体渗流;在不同入口速度下,血液在多孔支架内的扩散速度不同,入口速度越大,压力越大,传质扩散速度越快。

摘要：为了实现微流控芯片对痕量试样的快速、均匀混合,依据"马蹄变换"数学模型,对流体进行"挤压拉伸"、"弯曲折叠"和"逆变换-交集"操作.基于此借助符号动力学系统计算出了"马蹄变换"后的李雅普诺夫指数,从理论上证明了,当满足"挤压"幅度02时,上述操作能够在低雷诺数的层流条件下,成功诱发混沌流.在此基础上,设计并制作了一款由4个"马蹄变换"混合单元组成,有效混合距离为13 mm的微混合器.利用COMSOL软件得到的数值仿真结果表明:当Re≥1时,流体的佩克莱数Pe≥10,此时微混合器诱发的混沌流将随着流速的加快而增强,并逐步成为促进混合的主要因素;当Re=10时,经4个混合单元后,试样的浓度方差σ=0.054,混合效果接近均匀.对微混合器芯片进行的可视化测试结果表明,荧光显微镜拍摄到的示踪剂颜色变化与仿真结果中的表面浓度云图一致;而不同pH试样的混合测试结果则证明了,基于"马蹄变换"数学模型设计的微混合器能够产生混沌流且实际效果理想.

摘要：为实现对微量试样的便携化检测,设计了集成式安培传感器结构,并以此为核心设计了三层复合结构微流控芯片,并建立数值仿真模型对传感器及芯片结构进行优化。结果显示:选用圆形检测池结构降低芯片装配难度的同时,减小检测池入口处的微沟道宽度,对传感器工作电极表面的试样传质扩散影响最小。以仿真结果为依据,确定了圆形检测池及其入口的结构参数。与普通圆形检测池相比,流经检测池内工作电极表面的试样区带浓度提升了4.51%。

摘要：为了更好地适应多孔介质示踪剂复杂渗流描述,针对微观孔道级别的示踪剂渗流机理和运移特征,应用孔隙结构仿真微观模型,设计完成了多孔介质示踪剂微观可视化实验,直接观察了多孔介质微观传质扩散过程和机理。实验结果表明:示踪剂运移微观上具有不同尺寸级别的绕流效应,且随着示踪剂在多孔介质中的推进,绕流尺寸明显增大;随着示踪剂向前推进,因混合作用明显,其质量浓度前缘梯度减小,且不再规则,同时横向宽度明显增大。示踪测试解释建模过程中,必须综合考虑示踪剂的混合作用、单个孔道的迂曲度、多个孔道的网络结构及小—大规模的绕流效应等情况。