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李战华，吴健康，胡国庆，胡国辉 著

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店铺： 科学出版社旗舰店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030335203

商品编码：1257198270

包装：平装

出版时间：2014-08-01

页数：300

字数：345000

正文语种：中文

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图书基本信息

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书名：微流控芯片中的流体流动
ISBN：9787030335203
著者：李战华，吴健康，胡国庆，胡国辉
出版社：科学出版社
POD版定价：148元
正文语言：中文
装帧：平装
开本：16
页数：300
字数：345000

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读者对象：

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《微流控芯片中的流体流动》可供从事微流控芯片（Labonachip）研究和应用的科研人员、高校师生阅读，有关设计的工程技术人员参考，也可做研究生教材。

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内容简介

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《微流控芯片中的流体流动》针对微流控芯片中的"单元操纵"技术（《微流控芯片实验室》林炳承等著，科学出版社，2006），从流体力学角度讲解流动机理。绪论阐述了微流控芯片与微流动的关系、微流动与宏观流动的区别。按照驱动流动的主要梯度量分为压力驱动流（第二章）、电动流（第三章）和传质与传热（第四章）。对需要考虑相间参数作用的复杂流动分为液滴运动（第五章）、界面浸润（第六章）、粒子运动（第七章）和细胞微环境及人工器官（第八章）。微流动研究手段在微尺度数值模拟（第九章）和微尺度流动测量（第十章）进行介绍。各章先介绍相关流体运动方程，然后讲解基本物理概念和力学原理，给出一些常用工程公式，并通过应用实例便于读者理解公式的使用，力求《微流控芯片中的流体流动》成为微流控芯片研究人员爱看，又基本能看懂的基础性的理论读物。

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目录

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序
前言
主要符号表
第1章 绪论
1.1 微流控芯片
1.2 微流控芯片的流动机理研究
1.2.1 微流控学与微尺度流体力学
1.2.2 微流控芯片中流动研究的框架
1.3 微尺度流动的研究内容及特点
1.3.1 微尺度流动的主要研究内容
1.3.2 微尺度流动的主要特点
1.4 微流控芯片中的局部纳流控简介
1.5 本章小结
参考文献
第2章 微流控芯片压差流动
2.1 连续介质流动方程组
2.1.1 连续性方程
2.1.2 动量方程
2.1.3 能量方程
2.1.4 牛顿流体与非牛顿流体
2.1.5 连续性假设的适用性
2.2 典型流动
2.2.1 二平板间的流动
2.2.2 无限长直圆管中的黏性流动
2.2.3 斯托克斯流动
2.3 管道流动参数计算
2.3.1 管道能量损失计算公式
2.3.2 管道流量公式
2.3.3 管道截面尺寸对流量的影响
2.3.4 复杂管网的流量计算
2.4 边界条件
2.4.1 滑移边界条件
2.4.2 光滑表面滑移长度的估算
2.4.3 粗糙表面滑移长度的估算
2.5 应用实例
2.5.1 惯性力的作用
2.5.2 气动阀门与PDMS材料模量的关系
2.5.3 流体整流器
2.5.4 多功能脉冲流动微过滤器
2.6 本章小结
参考文献
第3章 微流控芯片电动流动
3.1 微流控系统多物理场耦合电动流动方程组
3.1.1 双电层,电渗流和泊松-玻尔兹曼方程
3.1.2 微流控系统电动流动多物理场耦合方程组
3.2 电渗流特性和影响因素
3.2.1 电渗流的焦耳热效应
3.2.2 压强差流动的电黏性效应
3.2.3 电场调控电渗流
3.3 交变电渗流动
3.3.1 均匀等截面微通道交变电场驱动电渗流
3.3.2 交变电场调控双电层和电解质离子运动
3.3.3 对称和非对称电极组交变电渗流
3.3.4 行波电场电渗流
3.4 应用实例
3.4.1 电渗流泵
3.4.2 电泳分离溶液的电动进样
3.4.3 电动液体混合器
3.5 本章小结
参考文献
第4章 微流控芯片的传质与传热
4.1 传输过程
4.1.1 分子传输现象
4.1.2 非稳态传输现象
4.2 流动传质规律
4.2.1 对流-扩散方程
4.2.2 泰勒弥散
4.2.3 有效扩散系数的计算
4.2.4 T形通道扩散过程
4.3 微混合器
4.3.1 被动混合
4.3.2 主动混合
4.4 传热现象
4.4.1 微尺度传热基本特征
4.4.2 典型的微尺度热物理效应
4.5 应用实例
4.5.1 浓度梯度的形成
4.5.2 微流控免疫测定芯片的性能优化
4.5.3 微流控聚合酶链式反应
4.5.4 基于相变原理的微阀
4.6 本章小结
参考文献
第5章 微通道中的液滴运动
5.1 微尺度多相流液滴动力学的基本原理
5.1.1 液滴动力学中的无量纲参数
5.1.2 润湿现象
5.1.3 微通道中的液滴流动行为
5.2 微通道中的液滴操控
5.2.1 液滴生成方式
5.2.2 液滴输运方式
5.2.3 具有粗糙表面通道内的液滴运动
5.2.4 液滴分选与定位
5.2.5 液滴融合
5.3 应用实例
5.3.1 液滴的混合增强
5.3.2 微生物研究
5.3.3 微反应器
5.3.4 液滴/气泡逻辑
5.4 本章小结
参考文献
第6章 表面润湿现象
6.1 基本概念
6.1.1 润湿性
6.1.2 真实表面
6.1.3 分离压力
6.2 毛细效应
6.2.1 液滴的形状
6.2.2 弯月面
6.2.3 毛细提升简介
6.3 液滴在固体表面的运动
6.3.1 液滴移动的速度
6.3.2 液滴的铺展
6.3.3 润湿性梯度驱动的液滴运动
6.4 数字微流控
6.4.1 电润湿的基本概念
6.4.2 Taylor-Melcher漏电介质模型
6.4.3 电润湿下的液滴运动
6.4.4 交流电润湿
6.4.5 纳尺度电润湿
6.5 应用实例
6.5.1 蛋白质组学
6.5.2 DNA处理
6.5.3 基于电润湿技术的聚合酶链式反应
6.5.4 集成电路的冷却
6.6 本章小结
参考文献
第7章 微流控芯片的粒子受力和运动
7.1 粒子表面特性与运动的描述
7.1.1 溶液中粒子的表面特性
7.1.2 溶液中粒子运动的一般描述
7.1.3 受限粒子的运动
7.2 粒子电泳与介电电泳
7.2.1 粒子电泳
7.2.2 粒子介电电泳
7.3 粒子的其他作用力
7.3.1 磁场力和磁泳
7.3.2 声驻波力
7.3.3 光辐射力
7.4 纳米粒子的布朗运动
7.4.1 朗之万方程
7.4.2 粒子扩散与热力学力
7.4.3 纳米粒子布朗运动的应用
7.5 细胞的操控
7.5.1 细胞及细胞操控的特点
7.5.2 细胞操控的一般方法
7.5.3 细胞的特殊操控方法
7.6 本章小结
参考文献
第8章 微流控芯片流动的数值模拟方法
8.1 基于连续性的微流动数值模型
8.1.1 微尺度电渗流数值模拟
8.1.2 液滴/气泡的数值模拟方法
8.2 基于非连续性的微流动计算模拟
8.2.1 分子动力学模拟
8.2.2 格子-玻尔兹曼算法
8.2.3 耗散颗粒动力学算法
8.3 流体力学计算软件和开放源代码介绍
8.4 本章小结
参考文献
第9章 微尺度流动测量方法
9.1 MicroPIV/PTV速度测量系统
9.1.1 粒子图像测速原理
9.1.2 MicroPIV/PTV系统组成
9.1.3 MicroPIV/PTV系统主要参数及特点
9.2 NanoPIV/PTV速度测试技术
9.2.1 全内反射技术原理
9.2.2 NanoPIV系统组成及主要技术参数
9.3 激光扫描共聚焦系统
9.3.1 扫描共聚焦显微镜的成像原理
9.3.2 激光扫描共聚焦系统组成和主要参数
9.4 压力与流量测量
9.4.1 压力测量
9.4.2 流量测量
9.4.3 流量/压力控制仪
9.5 温度和浓度测量
9.5.1 温度测量
9.5.2 浓度测量
9.6 微流动测量实例
9.6.1 应用MicroPIV技术测量微液滴流场
9.6.2 应用共聚焦显微镜测量液滴内部流场
9.7 本章小结
参考文献
结束语
专业词汇索引

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好的，这是一份关于微流控芯片中的流体流动主题的图书简介，但内容聚焦于该领域之外的、相关但不同的研究方向或技术，确保不提及您提供的特定书名及其内容： --- 探索复杂系统的模拟与设计：先进计算方法在材料科学与生物工程中的应用 本书将读者带入一个前沿领域，深入探讨如何利用先进的计算模拟技术，特别是多尺度建模、高性能计算（HPC）以及人工智能驱动的优化算法，来解决当代工程与科学研究中最为棘手的难题。我们着眼于系统层面的设计与预测，而非微观尺度的精确流体动力学模拟。 本书旨在为致力于复杂系统设计、优化与性能预测的研究人员、工程师和高级学生提供一本全面的参考指南。我们不再关注流体在微小通道内的精确运动学，而是将视角扩展至宏观和介观尺度，重点研究材料的宏观行为、生物过程的系统整合以及大规模工程决策的支持系统。 第一部分：多尺度建模与材料性能的预测 本部分聚焦于如何构建一个统一的计算框架，用以描述材料在不同时间与空间尺度上的行为，特别是当材料结构决定其最终宏观性能时。 第一章：介观尺度下的晶格动力学与本构关系建立 本章首先回顾了从原子尺度模拟（如分子动力学，MD）向介观尺度（如相场法，Phase-Field Modeling）过渡的关键挑战。重点讨论了如何利用有限元分析（FEA）结合晶格动力学的结果来准确预测新型复合材料在极端载荷下的塑性变形与断裂韧性。我们详细分析了如何通过计算材料学方法，快速迭代出具有特定热力学稳定性和机械强度的晶体结构。 第二章：连续介质力学的高级应用：非线性与损伤模型 本章深入探讨了连续介质力学在工程实践中的局限性与突破。内容涵盖了在处理材料疲劳、蠕变和多相场耦合问题时，如何构建和求解高度非线性的偏微分方程组。特别关注了如何将损伤力学模型（如内聚力模型CDM）与传统的结构分析框架相结合，以预测大型结构件在长期服役条件下的寿命周期。 第三章：面向应用的跨尺度数据融合策略 材料的性能往往是多尺度现象共同作用的结果。本章探讨了数据驱动的方法，用于融合来自不同尺度的模拟结果与实验观测数据。我们介绍了贝叶斯推断方法在校准模型参数中的应用，以及如何利用数据降维技术，从海量的分子模拟数据中提取出对宏观模拟有指导意义的有效参数集。 第二部分：生物系统工程：从细胞群体到组织工程 本部分将计算工具应用于生物医学工程领域，重点关注大规模细胞群落的行为预测、生物反应器的优化设计以及药物递送系统的系统集成。 第四章：群体感应与细胞迁移的宏观动力学模型 本书超越了单个细胞的力学分析，转而研究细胞群体在三维支架或培养基质中的相互作用。我们详细阐述了如何应用反应-扩散方程、Agent-Based Models（ABM）和元胞自动机（CA）来模拟肿瘤生长、伤口愈合过程中细胞的集体迁移模式，以及它们如何响应环境中的化学梯度信号。 第五章：生物反应器优化：过程控制与环境调控 在组织工程和生物制药领域，高效的生物反应器设计至关重要。本章侧重于利用计算流体力学（CFD）来分析反应器内物料混合、传质与传热的效率，但重点在于宏观操作变量的优化，如搅拌速率、气体供应和营养液循环策略，以确保细胞获得均匀的生长环境，而非关注微观的剪切应力。 第六章：药物递送系统的系统集成与药代动力学（PK）预测 本章探讨了如何整合多个尺度的模型来预测体内药物的有效分布与代谢。我们构建了器官水平的生理药代动力学（PBPK）模型，用于模拟药物在人体不同组织间的吸收、分布、代谢和排泄过程。重点在于如何根据患者的生理参数调整给药方案，实现个性化治疗的计算支持。 第三部分：高性能计算与优化设计方法论 高效解决复杂工程问题的关键在于计算架构与算法的优化。本部分详细介绍了支撑上述研究的计算科学基础。 第七章：大规模并行计算的架构选择与编程范式 本章回顾了现代HPC集群的架构特点（如GPU加速、异构计算），并详细比较了针对有限元、有限体积等数值方法的领域分解法（Domain Decomposition Methods）与隐式/显式求解器的并行化策略。重点在于如何高效地管理大规模矩阵运算，以实现分钟级的模拟迭代。 第八章：深度学习在工程优化中的前沿应用 本书将人工智能视为加速设计迭代的强大工具。我们探讨了如何利用深度神经网络（DNN）来替代高成本的物理模拟步骤（即“代理模型”或Surrogate Modeling）。具体内容包括使用生成对抗网络（GANs）来生成新的、满足特定约束条件的结构拓扑，以及利用强化学习（RL）来实时优化动态系统（如自动化生产线）的控制参数。 第九章：不确定性量化（UQ）与鲁棒性设计 在工程决策中，量化模型输入和结构参数的不确定性至关重要。本章详细介绍了蒙特卡洛模拟、随机响应法（SRM）等技术在不确定性量化中的应用，并进一步引向了鲁棒性设计（Robust Design Optimization, RDO）的实践。目标是设计出在面对模型和环境的自然波动时，性能下降最小化的系统方案。 --- 本书的独特价值在于其跨学科的整合视角：它将先进的计算科学工具与材料科学、生物工程领域的实际问题紧密结合，提供一套完整的、面向系统级优化的理论框架和实践指南，帮助读者从根本上提升解决复杂工程挑战的能力。

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