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第1章　绪论1

1.1　流动的多样性1

1.2　微流动的含义2

1.3　微流动的特殊效应4

1.3.1　稀薄效应5

1.3.2　不连续效应6

1.3.3　表面优势效应7

1.3.4　低雷诺数效应8

1.3.5　多尺度多物态效应9

1.4　微流动中的几个关键参数10

1.4.1　雷诺数10

1.4.2　克努森数10

1.4.3　马兰戈尼数11

1.5　微流动的应用领域12

第一篇　微流动的基本理论第2章　预备知识——矢量与张量的概念15

2.1　矢量的算法15

2.1.1　矢量的概念15

2.1.2　矢量分析18

2.1.3　场论用语19

2.2　张量的算法22

2.2.1　张量的概念22

2.2.2　张量的运算25

第3章　微流动分析的基础29

3.1 微流动概述29

3.1.1　根据克努森数对微流动进行分类29

3.1.2　微流动的处理方法30

3.2 气体分子动力论在微流动中的应用31

3.2.1　基本概念31

3.2.2 Liouville定理32

3.2.3 BBGKY方程33

3.2.4　由BBGKY方程组求解Boltzmann方程37

3.2.5　用Chapman-Enskog方法求解Boltzmann方程42

3.3 Boltzmann方程的三种近似方程48

3.3.1 Boltzmann方程的零阶近似和一阶近似——Euler方程和Navier-Stokes方程组48

3.3.2 Boltzmann方程的二阶近似——Burnett方程组52

3.3.3 Boltzmann方程的三种近似方程的比较及其应用54

3.4　分子作用力模型及碰撞项中各系数的确定55

第4章　Burnett方程组的求解方法59

4.1 Burnett方程——非线性偏微分方程求解方法简介59

4.1.1　分析计算方法59

4.1.2　数值计算方法59

4.1.3　蒙特卡罗直接模拟法（DSMC）61

4.2　用分析法求解Burnett方程组61

4.2.1　三维微流动中的Burnett方程61

4.2.2　二维微流动中的Burnett方程62

4.2.3　不可压缩的一维微流动时的Burnett方程78

4.2.4　可压缩一维定常微流动时的Burnett方程84

4.2.5　可压缩等温一维非定常微流动时的Burnett方程86

4.2.6　细长微流道中等温一维定常流动时的Burnett方程93

4.2.7　微流道中的等温二维非定常流动时的Burnett方程95

4.3 Couette微流动的Burnett方程理论解103

4.3.1　通用式推导103

4.3.2 y-T函数107

4.3.3 y-p函数109

4.3.4 y-u函数111

4.4　与Poiseuille流相结合的Couette流113

4.5　能量方程与传热115

第5章　GDQ方法求解Burnett方程组121

5.1　GDQ方法简介121

5.1.1 GDQ方法的提出121

5.1.2　网格的划分123

5.1.3　二阶及高阶加权系数的求取125

5.1.4 多维空间中的GDQ方法126

5.2　应用GDQ方法时的技巧127

5.2.1　网格的选用127

5.2.2　初值的选取129

5.2.3　边界条件的确定129

5.2.4　流动方程组的离散化130

5.2.5　压力修正量的确定——SIMPLE方法130

5.2.6　迭代方法的选用——Gauss-Seidel方法131

5.3 GDQ方法在求解不可压缩二维流动的Navier-Stokes方程中的应用133

5.3.1　不可压缩二维流动的Navier Stokes方程133

5.3.2　基本方程的离散化133

5.3.3　迭代方法及收敛条件135

5.3.4　边界条件的确定138

5.3.5　迭代步骤、程序框图及计算结果140

5.4 GDQ方法在求解Burnett方程组中的应用143

5.4.1　不可压缩一维微流动时的Burnett方程143

5.4.2 Couette微流动的Burnett方程147

第6章 边界层内的流动及阻力系数151

6.1　流体动力边界层——粘性边界层151

6.1.1　粘性边界层对流动的影响151

6.1.2　充分发展的进口长度169

6.2 Knudsen边界层175

6.3　速度滑移177

6.3.1　速度滑移简介177

6.3.2　速度滑移的产生及其一阶表达式178

6.4　温度突跳的产生及其一阶表达式180

6.5 速度滑移与温度突跳的计算181

6.5.1　计算中的问题181

6.5.2　高阶速度滑移的处理方法181

6.5.3　动量调节系数与热量调节系数183

6.6 考虑速度滑移后微流动的计算183

6.6.1 考虑速度滑移及温度突跳后的管内流动183

6.6.2　在细长微流道中有速度滑移的微流动186

6.6.3　有滑移的Couette微流动192

6.7　边界条件199

6.7.1　正常情况下的边界条件199

6.7.2　影响边界条件的其他因素199

6.8　局部流动阻力202

6.8.1　局部流动阻力的概念202

6.8.2 工程上的局部阻力202

6.8.3　微流动元器件中的局部阻力及其利用209

第7章 用蒙特卡罗（Monte Carlo）直接数值模拟（DSMC）方法求解微流动217

7.1 DSMC方法简介217

7.2　求解微流动时DSMC方法的具体化218

7.3 求解Couette微流动时DSMC方法的步骤及其程序框图220

7.4 DSMC计算结果与GDQ数值计算结果的比较221

第8章　微流动中的流体及其有关特性227

8.1　概述227

8.2　空气及其他气体229

8.3　水231

8.4　溶液233

8.4.1　概述233

8.4.2　两组分全溶流体的相图235

8.4.3　电解质溶液239

8.5　胶体溶液243

8.6　血液248

第二篇　微流动中的动力源及其引起的微流动第9章 微流动中的推动力及其引起的微流动261

9.1　微流动中的常规动力261

9.1.1　压力驱动管槽内的微流动——Poiseuille流261

9.1.2　压力喷管与热力喷管内的微流动262

9.1.3　剪切力驱动的微流动265

9.2　微流动中的非常规动力267

9.2.1　简介267

9.2.2 非常规动力源267

第10章 毛细现象及表面张力引起的微流动269

10.1　简介269

10.2　弯曲表面下的压力与表面张力269

10.3　表面浸润与展布272

10.4　粘附功274

10.5　表面构形的影响277

10.6　毛细现象对微流动的影响277

10.6.1　对边界条件的影响277

10.6.2　毛细现象所引起的微流动278

10.6.3　相变引起的毛细微流动279

10.6.4　表面张力梯度驱动对流的量纲一参数279

10.6.5　影响表面张力的因素280

10.7　毛细现象在微流动中的应用285

10.7.1　气泡式微泵285

10.7.2　微阀286

10.7.3　喷墨打印头287

10.7.4　气泡执行器287

第11章　动电现象引起的微流动289

11.1　简介289

11.2　产生双电层错位的基本原理289

11.3 Stern面与滑动面291

11.4　双电层对微流动的影响293

11.5　动电现象在微流动中的应用297

11.5.1　电渗流297

11.5.2　电泳流298

第12章　介电电泳引起的微流动299

12.1　简介299

12.2　介电电泳的基本原理300

12.3　电极的不同几何组合及其介电力304

12.4　高频交流电场中的介电力306

12.5　介电电泳在微流动中的应用307

12.5.1　介电电泳流308

12.5.2　微粒的操纵309

第13章　渗透和扩散现象引起的微流动311

13.1　简介311

13.2　渗透的基本原理及渗透压强312

13.3　扩散现象的基本原理及扩散系数314

13.4　渗透及扩散现象在微流动中的应用317

13.4.1　微混合器中的层流扩散混合317

13.4.2　渗透泵片剂318

第14章　附壁现象中的微流动321

14.1　简介321

14.2　附壁现象的基本原理321

14.3　附壁效应在微流动中的应用327

14.3.1　可控制微流放大器327

14.3.2　微流振荡器328

14.3.3　微阀328

14.3.4　Tesla泵328

第15章　微型热管中的微流动331

15.1　简介331

15.2　微型热管的基本工作原理332

15.3　微型热管中的微流动335

第16章　相变现象及多相流引起的微流动341

16.1　简介341

16.2　蒸发及气泡的形成341

16.3　冷凝及液滴的形成348

16.4　二次液滴的形成与Weber数353

16.5　两相流动的基本概念356

16.6　相变及多相流在微流动中的应用357

16.6.1　相变阀与相变泵357

16.6.2　多相微流动358

第17章　流变效应引起的微流动359

17.1　简介359

17.2　血液360

17.3　流变体在微流动中的应用361

第三篇　微流动中的元器件及微流管网第18章　微阀365

18.1　微阀的形式365

18.1.1 变截面微阀（缩／扩式微阀）366

18.1.2　舌片式微阀（悬梁式微阀）366

18.1.3　膜片式微阀369

18.1.4　附壁式微阀377

18.1.5　表面张力及气泡式微阀378

18.1.6　电毛细力微阀379

18.1.7　流变式微阀380

18.1.8　凝胶微阀380

18.1.9　多相微阀381

18.2　微阀的驱动381

18.2.1　双金属片式驱动382

18.2.2　形状记忆材料驱动387

18.2.3　压电效应驱动389

18.2.4　静电力与电磁力驱动390

18.2.5　化学和物理化学作用驱动392

18.2.6　气动与热力气动驱动395

18.2.7　毛细力驱动396

18.2.8　其他形式的驱动397

第19章　微泵399

19.1　微泵的形式399

19.2 机械式微泵400

19.2.1　有阀机械式微泵400

19.2.2　无阀阻差式微泵401

19.2.3　旋转式微泵402

19.2.4　其他形式的机械式微泵403

19.3 非机械式微泵404

19.3.1　压力梯度微泵405

19.3.2　浓度梯度微泵407

19.3.3　电位梯度微泵407

19.3.4　磁场梯度微泵412

19.3.5　物理化学变化及其他形式微泵413

第20章　微混合器与微分离器415

20.1　微混合器的形式415

20.2 弱化层流型微混合器——被动型417

20.2.1　多维扰动型418

20.2.2　弯道二次流型418

20.2.3　分流型418

20.2.4　喷注型418

20.2.5　填床型419

20.2.6　液滴型419

20.3　强化层流型微混合器——扩散型419

20.3.1 多层平行型419

20.3.2　圣诞树型419

20.4　弱化层流型微混合器——主动型420

20.4.1　机械力式420

20.4.2　电场力式420

20.4.3 电磁力式421

20.4.4　超声波式421

20.5　微分离器421

20.5.1　利用不同尺度进行分离421

20.5.2　利用不同扩散度进行分离422

20.5.3　利用不同质量进行分离422

20.5.4　毛细管电泳分离423

20.5.5　介电电泳分离428

第21章　微流道及其特点429

21.1 进口效应429

21.1.1　层流发展区与动力进口长度429

21.1.2　层流进样效应430

21.2　弯道效应430

21.3　微流通道431

第22章　微动力机械437

22.1　简介437

22.2　微动力循环437

22.3　微透平439

22.3.1　简介439

22.3.2　微透平膨胀机的计算440

22.3.3　微透平流动损失的分析445

22.4 微气体轴承446

22.4.1　简介446

22.4.2　静压气体轴承447

22.4.3　典型的微静压气体轴承结构449

参考文献451

索引461