微管流微扰-数值分析与转轴粗糙度检测模型

宋孟天，雷杰超，张建成

(1.广西大学 土木建筑工程学院，广西 南宁 530004；2.广西大学 机械工程学院，广西 南宁 530004)

0 引言

微流控是在微通道中操纵微量流体的运动以达到工程目的的技术，整个系统可集成在厘米级别甚至更小的芯片上，应用领域有热传、微轴承润滑、高通量药物筛选等[1-3]。具有代表性的一种结构是由外圆柱罩和黏性流体包裹的转轴构成的同心圆柱，微尺度下壁面效应大大增强，工作过程中，由于器件之间的相对运动，并且流体存在黏性与腐蚀性，轴的表面会因为沉积、磨损和腐蚀原因变得粗糙[4-6]。表面粗糙度一方面会对微管内流体的流动特性产生影响，改变其工作参数使其不再满足原有的要求，另一方面对轴的机械性能以及作用于其上的力和转矩有极大的影响，给设备的工作状态带来隐患。因此，发展表面粗糙度检测技术极为重要，可为提前判断设备是否需要更换或维修提供依据，避免设备失效破坏造成经济损失。传统的粗糙度检测方法有扫面隧道显微镜法、超声波法和光学测量方法等[7-9],所需设备昂贵。同时，微流控设备中的元件往往被其他的装配单元所包裹，检测时需要进行拆卸，这就使得传统的粗糙度检测技术难以直接应用。因此，需要发展基于流体的粗糙度检测方法。

微流控领域的一个基本问题是粗糙微管内流体的库埃特流动和泊肃叶流动。PONJAVIC等[10]采用荧光漂白恢复法研究了弹流润滑中流体的速度剖面和滑移长度，首次实现全厚度流速的直接测量。……