Fluent基于微通道流体接电开关的结构设计和性能分析(3)
3) 在有关文献的基础上，确定微通道流体接电开关的具体结构，在AutoCAD中建立其二文模型，分为导气管、微通道和两个储存流体的腔体。利用划分网格的软件GAMBIT，对导入的CAD 模型划分网格，再利用流体仿真软件FLUENT进行仿真以确定设计是否符合要求。如不合要求，分析原因，优化结构。
4) 总结全文主要工作内容和成果，得出结论，并指出应该改善和需要继续完成的工作。
2 MEMS流体惯性开关的理论基础
对于流体惯性开关的设计，在本科阶段已经学习了机械结构设计的一些知识，但是对于流体有关知识只是在工程流体力学这门课上浅显涉猎，所以为了设计出符合要求的流体惯性开关，必须学习一些有关流体的基本理论。本章节主要是讲解关于流体的基本理论，包括两个方面，一方面是流体本身的性质，另一方面是求解流动流体的一些基本算法。
2.1 流体力学的基本理论
2.1.1 性质
如开头所讲，流体惯性开关的主体是流体，对流体的性质要有一定的了解。流体的几点性质中对流体惯性开关的阈值以及经过阀门后的状态有很大的影响。以下是有关流体的性质：
(1)易流动性：易流动性是流体区别于固体的根本标志，是指气体和液体在任何微小的剪切力的作用下会被破坏内部的平衡，开始流动。基于流体具有的易流动性，对其施加一定的驱动源来控制流体液滴的前进后退，从而控制开关的闭合。
(2)粘性：是流体抵抗剪切变形的能力。当流体之间有相对运动时，内部就会产生切应力来抵抗这种趋势，这种趋势就是流体粘性的表现形式。而流体惯性开关的设计要考虑流体的粘性，粘性会影响微观尺度下流体运动的形态，一定程度上影响阈值。
(3)压缩性：首先必须强调任何物体都是可以压缩的，因为相邻的分子之间是有空隙的，外力和温度都会影响分子力的平衡，分子间的空隙就会变化，宏观上表现为体积的变化。而液体的压缩量相对于其体积来说，可以忽略不计，设计流体开关时可认为液体是不可压缩的。液体的不可压缩性对流体惯性开关的设计也是至关重要的，若液体具有较大的可压缩性，会在阀门处被挤压，体积变下，没有达到阈值也可以通过阀门，导致阀门失效。
2.1.2 作用力
为研究流体在微通道内的流动，必须了解流体上的作用力，通过分析作用力来求得开关的阈值大小。流体上的力有以下三种：
1) 体积力：是指外力场作用于流体全部质点上产生的力，大小与外力场和自身的体积有关。体积力是一种超距力，不需要接触就能产生，在流体惯性开关中设计中体积力是预估开关阈值的依据。
2) 表面力：是周围的物体作用于封闭流体表面的力，与两相接触的表面面积是有关的。表面力在流体惯性开关的设计中不太重要，但是当速度很大冲击到侧壁时，所产生的表面力，会使流体被打散不利于导通电路，应避免这种情况。
3) 表面张力：表面张力与上述的两种力是不同的，上述两种力都是外部施加于流体的力，而表面张力的本质是远离液体表面的一层稀薄分子层的内聚力。在液气接触的表面，液体分子层在远离液体的方向上不断的变薄，而分子之间存在着分子力，这种力在表面分子层表现为引力。在惯性开关的设计中，表面张力系数对阈值的影响至关重要，分析微阀门阈值必须考虑表面张力的影响。
2.1.3 接触角
影响流体在微通道的运动状态的因素还包括接触角，它会影响流体在微通道内的运动状态，所以对于接触角的知识也要有一定的了解。
上一篇：双作用叶片泵设计+文献综述
下一篇：枪管加热模拟装置设计+文献综述