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细微处的大成果——微细颗粒与微通道流场研究取得进展

纤维在气流中的指向、均匀度、绕卷度、扭曲度会直接决定纺织品的质地、强度和手感；一张纸的抗拉性、渗水性、厚度和质感等取决于纸浆在各道工序的流动过程中微试样材质有金属和非金属之分细木纤维的浓度和取向分布；而液体或气体在微小通道流动时会呈现出与宏观通道流动时所不同的流动、混合、分离和传热特性……你大概不知道，在我们肉眼看不到的微观世界里，一些微观结构的细微变化就可以改变或决定事物的宏观特性。

上述现象都与流体力学的研究前沿电控配电用电缆桥架JB/T 10216⑵000之一——微细颗粒多相流与微通道流紧密相关。微细颗粒多相流与微通道流也因此在工业、国防、医电子拉力试验机在金属、钢材、铝箔材料中的使用学和生物等领域有着广泛的应用。事实上，近20年来，自然科学和工程技术发展的一个重要趋势就是向微型化迈进，微机电系统和微全分析系统是其中的两个典型。

“不过在以往的微机电系统和微全分析系统发展过程中，比较强调加工技术的重要性，而对微尺度下非常规的物理机制如微通道流动规律研究不够，这影响了应用水平的提高，所以深入研究十分必要。”中国计量学院教授林建忠说，在一般两相流研究中，颗粒的形状都视为圆球，而在自然界和工程应用中，偏离圆球形状的颗粒极为常见。实验表明，圆球与非圆球颗粒运动时的阻力系数存在较大的差异，在非圆球颗粒中，微细颗粒具有代表性，所以必须进一步研究微细颗粒多相流。

为此，在国家自然科学基金和国家质检总局科技计划项目的持续资助下，林建忠带领课题组采用理论分析、数值模拟和实验的手段，对微细颗粒与微通道流场进行了较为全面和系统的研究，提出了一些新的物理模型、模拟方法，发现了一些新的现象，得出了一些新的结论。

项目发展了Jeffery微细颗粒运动轨道理论，将其由在生活当中有很多实用性的实验简单剪切流场拓展到一般流场；建立了湍流场微细颗粒平均取向公布函数方程的理论，提出求解方程的新方法并付诸应用；给出了描述微通道流场不同种类Burnett方程的稳定性分析和失稳临界Kn数，加深了电渗电泳驱动微流场特性及扩散和混合机理的了解……这一系列创新成果把该领域的研究提升到了一个新的学术高度，填补了国内空白，达到国际先进水平，其中部分成果处于国际领先，获得了国内外同行的广泛关注和赞誉。据统计，项目发表论文139篇，出版专著1部，论文中被SCI收录87篇，EI收录35篇，ISTP收录17篇；发表的论文在较短时间里被“ISI Web of Science”正面引用543次，其中他引304次。

“对收缩流道中微细颗粒取向分布进行了最为详尽的研究”、“对非圆球颗粒在层流混合层中的运动和在流体中的沉降做出了漂亮的工作”、“在流固两相流的研究取得令人吃惊的成就”……这样的褒奖之辞也在引用评价中频频出现。

近日又传来好消息，林建忠主持的这项“微细颗粒与微通道流场的研究”项目荣获2009年度浙江省科学技术奖一等奖。

“别看这是一项基础研究，它有着明确的应用背景和工程意义，研究成果对工程应用有重要的指导作用。”林建忠告诉，比如，在微细颗粒方面取得的成果对微细纤维复合材料注塑成型及成品质量、纺织品成型及成品质地和强度、化工中聚合物的特性、流动减阻等均有指导作用；在微通道流场方面，该项目提出的增强扩散与混合的方法，有助于优化和控制流体的采样、稀释、反应、分离、检测过程，从而帮助提高微机电系统和微全分析系统的水平。

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