微流體有限元分析軟件的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)特別是微流控芯片的發(fā)展，微米乃至納米尺度構(gòu)件中流體的控制技術(shù)越來越重要，已經(jīng)成為微系統(tǒng)發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問題之一。微流體的流動(dòng)及傳熱等特性研究成為眾多科研人員關(guān)注的焦點(diǎn)。有限元法(Finite Element Method)廣泛應(yīng)用于流體分析領(lǐng)域。然而，由于微流體特性的存在，許多宏觀流體數(shù)學(xué)模型不適用于微流體。基于宏觀流體力學(xué)理論的商品化流體分析軟件不完全適于進(jìn)行微流體分析。微流體的研究現(xiàn)狀決定了現(xiàn)有的分析軟件

2、必然是在和微流體理論及實(shí)驗(yàn)研究良性互動(dòng)中不斷發(fā)展與完善。 傳統(tǒng)的流體有限元分析軟件大都采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，可擴(kuò)展性和復(fù)用性差，在新模型、新理論層出不窮的微流體分析領(lǐng)域，尤其面對復(fù)雜問題時(shí)，改寫的困難程度可想而知。本文將面向?qū)ο笥邢拊ㄒ胛⒘黧w分析軟件的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)微流體有限元分析軟件框架，軟件整體由前處理模塊，有限元計(jì)算模塊，后處理模塊組成，實(shí)現(xiàn)了模型的構(gòu)造(前處理)和實(shí)際計(jì)算的分離，程序在重用性和可擴(kuò)展性方面較

3、結(jié)構(gòu)化流體分析軟件具有明顯的優(yōu)勢。 本文將整個(gè)程序涉及對象分成四大類：有限元模型對象，模型分析對象，數(shù)值計(jì)算對象，圖形繪制對象。在前人研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了模型對象中單元類、結(jié)點(diǎn)類、高斯點(diǎn)類、載荷類等對象；模型分析對象中分析類等對象；數(shù)值計(jì)算對象矩陣類、向量類以及可視化對象圖形繪制類等對象。對它們及其派生類進(jìn)行了分析，描述了它們的屬性、提供的方法以及與其它一些相關(guān)類之間的耦合關(guān)系。基于程序模塊化的考慮，數(shù)值計(jì)算類以及前處理可視化