微尺度流动研究中的显示技术-中科院力学所
微尺度流体流动的研究进展
微尺度流体流动的研究进展引言微尺度流体流动是涉及微观尺度领域的重要研究课题之一。
随着纳米技术的快速发展和应用的增多，对微尺度流体流动的研究越来越受到关注。
微尺度流体流动不同于传统尺度下的流体流动，其特殊的物理和化学性质对其流动行为产生了独特的影响。
本文将介绍微尺度流体流动的研究进展，并着重讨论了相关研究的最新成果和未来的发展方向。
微尺度流体流动的基本原理微尺度流体流动的基本原理包括流体的微尺度效应、流体的非线性行为和流体力学方程的修正。
在微观尺度下，流体与固体相互作用的表面效应变得更加显著，表现为接触角的变化、毛细管效应的出现等。
同时，流体在微尺度下也表现出非线性行为，如流体的剪切率增加会导致粘度的变化。
此外，流体力学方程在微尺度下也需要进行修正，以考虑微观尺度效应和非线性行为对流动的影响。
微尺度流体流动的数值模拟数值模拟在微尺度流体流动研究中发挥着重要的作用。
通过数值模拟，可以对微尺度流体流动的特性进行深入研究，并预测流动行为。
在数值模拟中，常用的方法包括分子动力学模拟、连续介质模型和混合模型等。
其中，分子动力学模拟是一种基于分子尺度的方法，可以直接模拟流体分子的运动。
连续介质模型基于连续介质假设，将流体视为连续介质，并使用流体力学方程进行数值求解。
混合模型结合了分子动力学模拟和连续介质模型的优势，既能考虑微观尺度效应，又能在较大尺度上进行模拟。
微尺度流体流动的实验研究实验研究是微尺度流体流动研究中另一个重要的手段。
通过实验可以直接观察流动行为，并验证数值模拟结果的准确性。
常用的实验方法包括微流体芯片技术、纳米流体实验和光学显微技术等。
微流体芯片技术可以制造具有微米级通道的芯片，用于观察微尺度流体流动的行为。
纳米流体实验可以通过纳米级颗粒的追踪来观察流动行为。
光学显微技术通过观察流体与光的相互作用来研究流动行为。
微尺度流体流动的应用微尺度流体流动在多个领域有着广泛的应用。
在生物医学领域，微尺度流体流动可以用于细胞分离、疾病诊断和药物传输等。
小尺度流体力学微流体和纳米流体的研究现状
小尺度流体力学微流体和纳米流体的研究现状小尺度流体力学是研究微观尺度流体行为的学科领域，主要关注微尺度下的流体运动、传热和质量传递等问题。
而微流体和纳米流体则是小尺度流体力学领域的两个重要分支，它们在生物医学、能源、环境等领域中有着广泛的应用。
本文将对微流体和纳米流体的研究现状进行综述。
一、微流体的研究现状微流体是指在微观尺度下流体的行为和性质，常用于研究微小通道中的流动、混合和反应等。
近年来，微流体领域的研究发展迅速，涉及到许多重要的技术和应用。
1.1 微流体的制备技术为了实现微流体的制备和控制，研究人员开发了各种微流体制备技术。
其中，微流控芯片是一种常见的制备工具，通过对微通道的设计和制备，可以实现对流体的精确调节和操控。
此外，还有基于纳米材料制备的微流体系统，如纳米孔阵列、纳米管道等，这些技术为微流体研究提供了更多的选择和可能性。
1.2 微流体的应用领域微流体技术在许多领域中都有着广泛的应用。
在生物医学领域，微流体技术可以用于细胞培养、药物筛选、基因测序等方面；在化学分析领域，微流体技术可以实现对微量样品的快速分析和检测；在环境监测领域，微流体技术可以用于水污染监测、大气分析等方面。
此外，微流体技术还在能源、材料科学等领域得到了广泛应用。
二、纳米流体的研究现状纳米流体是指纳米颗粒或纳米结构相互作用下的流体行为，它的研究对于传统流体力学的发展具有重要意义。
纳米流体的研究充满了挑战，但也带来了许多新的机遇。
2.1 液体纳米流体液体纳米流体是指纳米颗粒悬浮在液体介质中的流体体系。
研究人员通过调控纳米颗粒的浓度、尺寸和形状等因素，成功实现了对液体纳米流体的调控和控制。
在此基础上，液体纳米流体被广泛应用于催化、能源存储等领域。
2.2 气体纳米流体气体纳米流体是指纳米尺度下气体的流动行为，研究气体纳米流体对于理解纳米尺度下气体的传输和输运行为具有重要意义。
目前，研究人员通过模拟和实验等手段，对气体纳米流体的性质和行为进行了深入研究，并在气体分离、气体传感等方面取得了一定的进展。
研究微流体特性的实验技术与装置介绍
研究微流体特性的实验技术与装置介绍引言：微流体技术是近年来兴起的一项重要科学研究领域，其为我们解析微观尺度下的流动行为提供了强有力的工具。
为了深入探索微流体特性，科学家们提出了一系列实验技术与装置，本文将对其中几种常见的进行介绍。
一、微通道芯片技术微通道芯片技术是微流体实验的核心，其可以借助微纳制造技术将微米尺度的通道网络制造在芯片上。
这种技术可以精确控制微流体的流速、压力和流动方向，非常适合用于微尺度流体实验的开展。
通过微通道芯片技术，科学家们可以研究微小流动的黏性、容积、湍流性能等特性，进而深入探索微观尺度下的流体运动规律。
二、微尺度测量技术在微流体实验中，测量技术是不可或缺的一部分。
针对微尺度流体的特点，科学家们提出了一系列高分辨率、高灵敏度的测量技术。
例如，高速摄像技术可以实时捕捉微流体中的流动图像，揭示其流动特性；显微镜技术可以观察微小流动区域的细节，了解微观尺度下的流体动力学行为；同步测量技术则可以同时记录微流体中多个物理量的变化，实现多元参数的综合分析。
这些微尺度测量技术的发展，为我们准确地获取微流体特性数据提供了保障。
三、微尺度流体模型技术为了更加真实地再现微观尺度下的流体行为，科学家们提出了微尺度流体模型技术。
这种技术利用微纳制造技术制备出微结构化的通道和模型，以模拟微尺度流体中的复杂流动现象。
常见的微尺度流体模型包括利用微通道芯片构建的纳米颗粒悬浮体系、仿生微流体芯片模型等。
这些模型可以帮助科学家们深入理解微尺度流体的流动规律，探索微流体在生物医学、能源领域中的应用前景。
四、微尺度流体仿真技术随着计算机技术的发展，微尺度流体的数值模拟也成为研究微流体特性的重要手段。
微尺度流体仿真技术可以通过计算模拟微流体的流动行为，预测微尺度流体中的流速、流压、流动方向等参数。
通过仿真结果，科学家们可以深入了解微流体中的运动规律，并指导实验研究。
高性能计算和优化算法的发展，为微尺度流体仿真技术的应用提供了更强大的计算力和模拟精度。
微尺度流动研究的简要综述
动应力波动幅度随晶粒尺寸的增大而线性增大, 在晶
粒尺寸相同的条件下, 流动应力波动幅度随应变量的
增大而增大。Silva
[46]
( 2007) 等利用计算机仿真技术,
研究三种不同形状微管道中的黏性流动, 研究表明弯
曲的黏性微管道与直微管相比, 可以用较小的能量获
0809) .
Manuscript received 20080108, in revised form 20081027.
1 .. 引言
近年来, 随着微机械制造技术和纳米技术的飞速
发展, 各种各样的MEMS ( micro..electro..mechanical sys..
tem) 器件已成功地应用于自动控制、信息、生化、医疗、
.. 研究简报..
微尺度流动研究的简要综述..
BRIEF SUMMARIZATION OF MICRO..SCALE FLOW RESEARCH
孙江龙....1 .. 吕续舰1 .. .. 郭.. 磊1 .. .. 杨.. 侠2
( 1. 华中科技大学船舶与海洋工程学院, 武汉430074)
已经小于20 nm[ 4..5] , 此时常规的气体流动控制方程已
Journal of Mechanical Strength 2010, 32( 3) : 502..508
..
.... 孙江龙, 男, 1976 年4 月生, 浙江东阳人, 汉族。博士, 副教授, 1998 年毕业于华中科技大学( 原华中理工大学) 船舶与海洋工程系, 2006 年获
据, 如何对其进行准确预硬盘驱动器, 其内部读写头
流体力学中的微流动现象
流体力学中的微流动现象一、引言流体力学是研究液体和气体运动规律的学科，而微流动现象则专注于研究在微观尺度下流体的行为和性质。
微流动现象的研究对于理解和应用纳米技术、生物医学、化学工程等领域具有重要意义。
本文将介绍流体力学中的微流动现象以及其在科学研究和工业领域中的应用。
二、微流动现象的基本原理微流动是指在微观尺度下流体的运动行为，其流动特征与宏观流体力学存在明显不同。
微流动现象的基本原理包括两个重要的尺度效应：尺度缩放效应和表面效应。
1. 尺度缩放效应在微观尺度下，流体所受到的惯性力相对于粘性力较小，因此微流动过程中惯性力可以忽略不计。
与宏观流体运动相比，微流动现象更加稳定和受控。
2. 表面效应在微观尺度下，流体与固体表面的相互作用对流动行为具有显著影响。
例如，当流体分子靠近固体表面时，分子与表面之间的相互作用会使得流体粘性增加，从而改变流体的流动性质。
三、微流动现象的研究方法为了研究微流动现象，科学家们提出了一系列实验方法和理论模型。
以下介绍几种常用的研究方法：1. 微管道实验微管道实验是研究微流动现象最常用的方法之一。
通过制造微观尺寸的通道，科学家们可以观察和测量微流动的行为。
常用的实验手段包括流速控制、压力测量、视觉观察等。
2. 数值模拟数值模拟是一种通过计算机仿真来研究微流动现象的方法。
科学家们可以运用流体力学方程和有限元分析等方法，模拟微流动的行为和性质，进一步理解微尺度下的流体行为。
3.微流控技术微流控技术是一种将微流动现象应用于实际应用中的方法。
通过设计微流控芯片和微流控器件，可以在微观尺度下实现液体的分配、混合、操作和反应，为生物化学实验、医学诊断等提供了新的方法和工具。
四、微流动现象的应用微流动现象的研究对于科学研究和工业应用具有广泛的意义。
以下介绍几个微流动现象在不同领域中的应用：1. 生物医学微流动现象在生物医学领域的应用非常广泛。
例如，在基因测序中，微流动技术可以提高测序效率和准确性。
中科院力学研究所简介
中科院力学研究所该所创建于1956年，是我国唯一一个力学多分支学科的、以基础性研究为本的国家级力学研究基地；在国际力学界具有相当影响。
钱学森、钱伟长为力学研究所第一任正、副所长，已故副所长郭永怀曾长期主持工作，继任所长郑哲敏、薛明伦，现任所长樊菁。
该所设有非线性力学国家重点实验室、高温气体动力学重点实验室、国家微重力实验室、工程科学研究部和技术发展研究部。
根据国家建设对力学提出的需求和力学学科发展前沿，力学所突出“微系统科技”、“气动科技”、“微重力科学”、“重大工程”4个方面的重点科技领域，布局8个主要研究方向。
简介中国科学院力学研究所（以下简称力学所）1956年成立，是以工程科学（Engineering Science）思想建所的综合性国家级力学研究基地，在国际力学界享有盛誉。
钱学森、钱伟长为第一任正、副所长；郭永怀副所长曾长期主持工作；继任所长为郑哲敏、薛明伦、洪友士，现任所长樊菁。
中国科学院力学研究所[1]力学所共有在职职工近400人，其中科技人员280余人。
有中国科学院院士8人[2]，中国工程院院士1人，研究员近60人，副研究员、高级工程师和高级实验师110余人，中国科学院“百人计划”入选者21人、国家杰出青年科学基金获得者11人。
力学所是国务院学位委员会批准的力学一级学科研究生培养单位，并设有博士后流动站。
2008年在学研究生344人，其中博士生139人、硕士生205人，在站博士后21人。
根据国家战略需求和世界科学前沿，力学所加强空天、海洋、环境、能源与交通等重要领域的科学创新和高新技术集成，以“微尺度力学与跨尺度关联，高温气体动力学与跨大气层飞行，微重力科学与应用，海洋与环境、能源与交通中的重大力学问题，先进制造工艺力学，生物力学与生物工程等”为主攻方向，力争为我国经济建设、国家安全和社会可持续发展做出基础性、战略性、前瞻性的重大创新贡献。
力学所现设有6个实验室和1个中心作为基本单元实体。
微尺度介质中的流体动力学模拟与分析
微尺度介质中的流体动力学模拟与分析在当今科技高速发展的时代，流体力学作为物理学的一个分支领域，对于理解和预测微尺度介质中的流体行为具有重要意义。
微尺度介质主要指的是具有微结构的介质，例如多孔介质、微流道、毛细管和生物体内的微血管等。
而流体动力学模拟与分析则是通过计算机模拟和数值分析的方法，研究微尺度介质中的流体流动和传热现象。
本文将从微尺度介质的特点、模拟方法和研究应用等方面，对微尺度介质中的流体动力学模拟与分析进行探讨。
微尺度介质由于其尺度的特殊性，具有许多独特的特点和行为。
首先，微尺度介质中的流体流动受到表面效应的明显影响。
相对于宏观尺度，微尺度介质的比表面积更大，分子与界面之间的相互作用更加显著，表现为界面张力的变化以及表面粘度的出现。
其次，微尺度介质中的流动往往是非连续的，例如气体在微流道中的流动就会出现明显的滑动效应。
此外，微尺度介质的流动还受到电荷效应、热力效应、惯性效应等多种微观因素的影响，这使得流体行为更加复杂和多样化。
针对微尺度介质中的流体行为，研究人员发展了多种模拟方法和数值技术。
其中，分子动力学方法是一种常用的模拟方法。
分子动力学模拟将流体系统近似为大量作用力可由牛顿运动方程描述的粒子，通过迭代求解得到流体粒子在时域上的运动信息。
这种方法可以模拟微尺度介质中的分子运动和流体行为，并研究分子间的相互作用。
另外，计算流体力学方法也是微尺度介质中流体动力学模拟的重要手段。
计算流体力学方法基于Navier-Stokes方程组，通过对连续性方程、动量方程和能量方程等进行离散求解，得到流场和温度场的数值解。
这种方法适用于大规模流动问题，可以研究微观尺度介质中的流动特性和热传输现象。
微尺度介质中的流体动力学模拟与分析在多个领域具有广泛的应用。
首先，在材料科学领域，可以通过模拟和分析微尺度介质中的流体流动，揭示材料的各种性能和特性。
例如，通过模拟多孔介质中的流体渗流，可以探索材料的各向异性、渗透性和孔隙结构等信息。
流体力学的发展现状
流体力学的发展现状流体力学是研究流体运动和力学性质的学科，涉及到各种物质的流动行为，包括气体、液体和等离子体等。
它在多个领域中具有广泛的应用，如航空航天、海洋工程、能源研究等。
本文将详细介绍流体力学的发展现状，包括其研究领域、应用领域和最新的研究进展。
1. 流体力学的研究领域流体力学的研究领域非常广泛，包括以下几个方面：1.1 流体动力学：研究流体的运动规律和动力学性质，包括流体的速度、压力、密度等参数的变化规律。
1.2 流体静力学：研究静止流体的力学性质，包括流体的静压力和静力平衡等。
1.3 流体传热学：研究流体中传热的规律和机制，包括对流传热、辐射传热和传导传热等。
1.4 流体力学数值模拟：利用计算机模拟方法，对流体力学问题进行数值计算和模拟，以求解复杂的流体力学问题。
2. 流体力学的应用领域流体力学在许多领域中都有广泛的应用，下面列举了一些主要的应用领域：2.1 航空航天工程：流体力学在飞行器设计和空气动力学研究中起着重要作用，能够帮助优化飞行器的气动外形和提高飞行性能。
2.2 汽车工程：流体力学可以用于汽车空气动力学研究，优化汽车外形以减小空气阻力，提高燃油经济性。
2.3 海洋工程：流体力学在海洋平台、船舶和海洋结构物的设计中起着重要作用，能够帮助优化结构的稳定性和抗风浪性能。
2.4 能源研究：流体力学在能源领域中有广泛应用，如风力发电机的设计和水力发电站的优化等。
2.5 生物医学工程：流体力学在生物医学领域中有着重要的应用，如血液流动的研究和人体器官的模拟等。
3. 流体力学的最新研究进展流体力学领域一直在不断发展和创新，下面介绍一些最新的研究进展：3.1 计算流体力学方法的发展：随着计算机技术的不断进步，计算流体力学方法得到了广泛应用，能够更准确地模拟和预测流体力学问题。
3.2 多相流体力学的研究：多相流体力学研究涉及到多种不同相的流体的相互作用和运动规律，对于研究气液两相流、液固两相流等具有重要意义。
《微尺度下非线性流动特征及降低流动阻力的研究》范文
《微尺度下非线性流动特征及降低流动阻力的研究》篇一摘要：随着微纳技术的发展，微尺度下的流动问题愈发受到科研人员的关注。
本文针对微尺度环境下的非线性流动特征进行了深入研究，并探讨了降低流动阻力的有效方法。
通过理论分析、数值模拟及实验验证相结合的方式，揭示了微尺度流动的复杂性和非线性特征，为优化微流控器件设计、提高流体传输效率提供了理论依据。
一、引言在微尺度环境中，流体流动表现出显著的非线性特征，这给微流控器件的设计和优化带来了挑战。
了解并掌握微尺度下的非线性流动特征，以及如何降低流动阻力，对于提高微流控系统的性能至关重要。
本文旨在通过理论分析和实验研究，深入探讨微尺度流动的特性和降低流动阻力的方法。
二、微尺度下的非线性流动特征1. 微尺度效应在微尺度环境下，流体的物理特性发生了显著变化。
由于尺寸的减小，表面效应、惯性效应等对流动的影响更加明显。
这些因素导致流动呈现出明显的非线性特征。
2. 速度分布及梯度在微尺度空间内，流体速度分布不均匀，存在较大的速度梯度。
这种不均匀的速度分布导致了局部的流体加速或减速，从而使得流动表现出非线性的特性。
3. 界面效应微尺度下的流体界面效应也是非线性流动特征的重要体现。
界面处流体分子的相互作用、吸附等过程，都会对流体的运动轨迹和速度产生影响。
三、降低微尺度流动阻力的方法1. 优化流道设计通过对流道形状、尺寸和结构进行优化设计，可以有效地降低微尺度下的流动阻力。
例如，采用光滑的流道壁面、减小流道弯曲等措施，都可以减少流体在微流控器件中的摩擦损失。
2. 利用外部场力通过引入外部场力（如电场、磁场等），可以改变流体的运动状态，从而降低流动阻力。
例如，利用电渗流可以有效地驱动流体在微流道中运动，且具有较低的能耗和阻力。
3. 引入新型材料采用具有特殊润湿性、低摩擦系数等特性的新型材料制备微流控器件的表面，可以显著降低流体在器件表面的摩擦阻力。
这些材料通常具有优良的生物相容性和化学稳定性，适用于多种不同的流体介质。
流体动力学中的微尺度流动问题研究
流体动力学中的微尺度流动问题研究引言流体动力学是研究流体力学规律的科学，其应用范围广泛，包括大尺度和微尺度的流动问题。
本文将重点研究流体动力学中的微尺度流动问题，探讨其研究现状、挑战与前景。
1. 微尺度流动问题的研究背景微尺度流动指的是流体在微米尺度下的运动行为，主要包括纳米尺度的流动和微米尺度的流动。
随着纳米技术的发展和应用，微尺度流动问题受到了越来越多的关注。
微尺度流动具有许多特殊的物理现象和力学行为，与传统的宏观流体动力学存在很大差异，因此需要深入研究微尺度流动问题。
2. 微尺度流动问题的研究现状目前，微尺度流动问题的研究主要集中在以下几个方面：2.1 界面效应在纳米尺度下，由于表面张力和壁面效应的存在，流体的流动行为受到界面效应的显著影响。
研究人员通过理论模拟和实验测试，探究了界面效应对微尺度流动行为的影响，并提出了相应的理论模型和数值计算方法。
2.2 湍流效应与宏观流体动力学不同，纳米尺度下的流体流动通常是属于稳态流动，很少出现湍流现象。
然而，在特定条件下，纳米尺度流动中的湍流效应仍然存在，并且具有一些特殊的现象和行为。
研究人员通过实验观测和数值模拟，探索了纳米尺度流动中湍流效应的机制和规律。
2.3 分子扩散效应由于纳米尺度流动中分子的热运动，分子扩散效应在微尺度流动问题中起着重要作用。
研究人员通过理论推导和数值计算，研究了纳米尺度下的分子扩散行为，并提出了相应的模型和方法。
2.4 液体晶体流动液体晶体是一种介于晶体和液体之间的形态，具有特殊的流动行为和力学性质。
研究人员通过实验和理论模拟，研究了液体晶体在微尺度下的流动行为，并提出了相应的理论描述和数值计算方法。
2.5 生物流体力学微尺度流动问题在生物学和医学领域中具有重要的应用价值。
研究人员通过实验和理论研究，探究了微尺度流动在生物体内的行为和作用机制，以及其在疾病诊断和治疗中的应用前景。
3. 微尺度流动问题研究的挑战尽管微尺度流动问题受到了广泛的关注，但在研究过程中仍然存在许多挑战：3.1 实验条件的限制由于微尺度流动问题是在纳米或微米尺度下进行研究，需要使用高精度的实验设备和技术。
微尺度流体动力学研究中的表面效应
微尺度流体动力学研究中的表面效应引言微尺度流体动力学研究是研究微米尺度尺度下流体行为和运动的科学领域。
表面效应是指在微观尺度下，液体和固体或气体界面之间的相互作用。
微尺度流体动力学中的表面效应是一个重要的研究领域，涉及到流体的粘滞、表面张力、润湿性等现象。
本文将介绍微尺度流体动力学研究中的表面效应的基本概念、研究方法和应用领域。
基本概念在微观尺度下，液体界面的性质与宏观尺度下存在明显差异。
表面效应是由于分子之间的相互作用力导致的。
在微尺度流体动力学中，表面效应主要包括粘滞现象、表面张力和润湿性。
粘滞现象粘滞现象是指流体在流动过程中受到外力作用下阻力的表现。
在微观尺度下，流体的粘滞性与宏观尺度存在差异。
这是由于在微观尺度下，流体分子之间存在着相互作用力，从而影响了流体的流动性质。
粘滞现象是微尺度流体动力学研究中的重要内容，对于研究微尺度流体行为和流动规律具有重要意义。
表面张力表面张力是由于分子在界面上相互作用力的不平衡而产生的力。
在微尺度流体动力学中，表面张力对于液滴的形成、液体在毛细管中的上升等现象起着重要的作用。
表面张力的研究可以帮助我们更好地理解微尺度流体行为和界面现象。
润湿性润湿性是液体和固体界面之间的相互作用现象。
在微尺度流体动力学研究中，润湿性对于液体在固体表面的传输和吸附行为具有重要的影响。
研究润湿性可以帮助我们更好地掌握微尺度下液体的传输过程和界面现象。
研究方法微尺度流体动力学研究中的表面效应需要运用多种方法和技术来进行观测和实验。
以下是一些常见的研究方法：基于显微镜的观测使用显微镜技术可以观察和记录微尺度流体行为和界面现象。
通过显微镜观测，可以实时地观察液滴的形成过程、液体在毛细管内的上升过程等现象，从而研究表面张力和润湿性。
微流道实验微流道是一种在微尺度下进行流体实验的方法。
通过在微流道中流动液体，可以研究粘滞现象、表面张力和润湿性等表面效应。
微流道实验可以提供可控的条件来研究微尺度流体动力学中的表面效应。
微尺度流体力学现象与背后原理解析
微尺度流体力学现象与背后原理解析流体力学是研究流体在静力学和动力学条件下的运动行为及其力学原理的学科。
而微尺度流体力学是指研究流体在微观尺度下的力学现象与原理。
微尺度流体力学现象主要包括微滴和液滴的形成、流体在微通道中的输运行为、以及微尺度流体传感器的设计与应用等。
首先，我们来看微滴和液滴的形成。
在微观尺度下，表面张力起着重要的作用，因为微尺度下的流体力学行为受到了表面张力的限制。
微滴和液滴的形成是由于流体的表面张力抵抗外界力量，使其形成封闭的形状。
而微滴和液滴的形成机制又可以分为两种：一种是通过切割液体的方法形成微滴；另一种是通过压力差的作用形成液滴。
在微尺度下，微滴的尺寸和形状对其物理特性具有重要影响，如流体的流动行为、分子扩散等。
其次，流体在微通道中的输运行为也是微尺度流体力学的重要现象。
在微观尺度下，流体的黏度、惯性和表面张力等力的作用程度会有所不同，使得微通道中的流体行为与宏观尺度下的流体行为有很大差异。
例如，由于微通道的尺寸较小，流体分子的碰撞频率增加，从而导致微尺度下的流体流动呈现出非线性的特性。
此外，更微小的尺度也会引起流体黏滞效应的明显增强，即流体在微通道中的黏度增加，流动速度减缓。
最后，微尺度流体传感器的设计与应用也是当前研究的热点之一。
由于微尺度流体的力学行为具有独特的特点，因此设计和制造出适用于微尺度流体的传感器对于实现对微尺度流体行为的监测与控制具有重要意义。
微尺度流体传感器可以通过测量微观流体的流速、流量、压强等参数，从而实时监测微尺度流体的运动状态。
这对于微流控技术、微生物分析和生物医学领域有着广泛的应用前景。
例如，通过设计微流测量系统，可以实时监测微尺度流体中的微粒浓度，从而实现胶体颗粒分选和微观化学反应的控制。
在解析微尺度流体力学现象背后的原理时，我们需要借助于物理学和数学工具。
其中，表面张力、黏度和惯性等是解析微尺度流体力学现象的重要物理参数。
在数学上，微尺度流体力学可以通过纳维-斯托克斯方程来描述，该方程考虑了流体的黏度、惯性和表面张力等因素。
微尺度流体力学性质及其在生物体内作用机制解读
微尺度流体力学性质及其在生物体内作用机制解读微尺度流体力学是一门研究微小尺度下流体行为的学科，它在生物体内有着广泛的应用。
从细胞内的运动到血液循环中的流动，微尺度流体力学为我们揭示了生物体内的许多重要现象和机制。
本文将深入探讨微尺度流体力学的基本性质以及其在生物体内的作用机制。
首先，让我们了解一下微尺度流体力学的一些基本性质。
在微小尺度下，流体的粘度、惯性和表面张力等因素开始显示出重要的影响。
例如，生物体内的细胞是微尺度下的基本生物单位，细胞内的液体环境对细胞的正常功能至关重要。
在细胞内部，胞质流动的粘性特性决定了物质的传输效率，而流动的速度则受到细胞内部粘度、细胞骨架的形态和流体与固体之间相互作用的影响。
此外，细胞外的液体介质中的流动也对生物体内的许多生理过程起着重要作用。
例如，血液循环中的血流动力学特性可以影响到心脏的工作效率，从而对身体健康产生影响。
微尺度流体力学的研究对于解析生物体内的许多重要现象和机制至关重要。
在微尺度下，由于流体的连续性特性，在细胞尺度和微小管道尺度下，流体行为可以被描述为非常接近于理想流体的状态。
这种理想流体行为在细胞中的胞质流动、血液中的血流和淋巴液中的淋巴流动等生物过程中起着重要作用。
通过对微尺度流体力学的深入研究，我们可以更好地理解这些过程的特性，从而为相关疾病的治疗和预防提供更好的理论依据。
在生物体内，微尺度流体力学对细胞运动和传输过程的研究具有重要意义。
在微尺度下，细胞的形态和运动方式可以受到流体环境的影响，例如，流体的黏性可以改变细胞的变形能力和速度。
此外，细胞的运动还涉及到细胞骨架的重要作用，细胞骨架可以通过调节流体与固体之间的相互作用来控制细胞的形态和运动。
这些研究对于深入理解细胞内部物质传输的机制以及相关疾病的发生和发展具有重要意义。
另一个重要的应用领域是微尺度流体力学在血液循环中的应用。
血液循环是生物体内细胞供应氧气和营养物质的重要途径。
通过研究血液中的血流动力学特性，我们可以了解到血液在不同血管中的流动特点，如血流速度、剪应力分布和细胞在血流中的分布等。
《微尺度下非线性流动特征及降低流动阻力的研究》范文
《微尺度下非线性流动特征及降低流动阻力的研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，微尺度下的流体流动现象逐渐成为研究热点。
在微尺度环境中，非线性流动特征显著，且流动阻力问题尤为突出。
本文旨在探讨微尺度下非线性流动的特征，并进一步研究降低流动阻力的方法，以期为微流控技术的发展与应用提供理论支持。
二、微尺度下非线性流动特征1. 微尺度效应在微尺度环境中，流体受到的力场、热场及物理边界的影响显著增强，导致流动表现出明显的非线性特征。
流体在微通道中的流动受到尺度效应的影响，其速度分布、压力分布及流动稳定性等方面均与宏观流动存在显著差异。
2. 非线性速度分布在微尺度下，流体速度分布不再遵循宏观流动中的抛物线型分布，而是呈现出更为复杂的非线性特征。
这种非线性速度分布会影响流体的传输效率及混合效果，对微流控器件的性能产生重要影响。
3. 边界效应由于微通道的尺寸较小，流体与壁面的相互作用增强，导致边界效应显著。
这种边界效应会影响流体的流动状态，使其更接近壁面的流体速度减小，中心区域的流体速度增大，从而进一步加剧了非线性流动的特征。
三、降低微尺度流动阻力的方法1. 优化微通道结构通过优化微通道的结构设计，如改变通道截面形状、引入弯曲、分支等结构，可以改变流体的流动状态，降低流动阻力。
此外，合理设计微通道的尺寸，使其与流体分子的平均自由程相匹配，有助于减小分子间的碰撞阻力。
2. 利用表面修饰技术通过在微通道表面引入特定的化学物质或涂层，可以改变表面的润湿性、电荷性质等，从而减小流体与壁面之间的摩擦力，降低流动阻力。
此外，表面修饰还可以改善流体的传输效率及混合效果。
3. 采用磁场力、电渗流等辅助手段通过在微通道中施加磁场或电场，可以利用磁场力、电渗流等辅助手段驱动流体流动。
这种方法可以减小流体与壁面之间的直接接触，从而降低摩擦阻力。
同时，磁场力、电渗流等技术还可以实现流体的精确控制及操作。
四、实验与仿真验证为了验证上述理论及方法的可行性，我们设计了一系列实验及仿真研究。
PIV用于微尺度滑移长度测量的问题-中科院力学所
PIV 用于微尺度滑移长度测量的问题李战华、郑旭中国科学院力学研究所LNM 实验室，100190，北京摘要：本文简单介绍了滑移边界条件的基本概念、测量壁面滑移的实验方法，着重分析了焦平面厚度等几个重要因素在MicroPIV 壁面滑移测量中的影响。
根据实验发现的近壁粒子浓度非线性分布现象，解释了测量速度偏大的可能原因。
1 微尺度流动滑移问题微尺度流动中，由于比表面积增大，表面作用成为影响流动的主要因素，边界条件提法的研究受到关注。
边界条件分为滑移与无滑移两种提法。
在宏观尺度流体力学中常常采用壁面无滑移边界条件(图1a)，即认为接触固体表面的液体的速度与固体本身的速度一致。
1823年，Navier 率先提出了线性滑移边界条件(图1c)[1][2]，即：|slip wall u u b b zγ∂==∂ (1) 这里，u slip 为滑移速度，b 为滑移长度（液体速度降至零的位置到界面的距离）。
当b 为常数时，u slip 与壁面剪切率γ 成线性比例关系。
由于近壁面区的物理图象不清楚，Girard [3]在19世纪初提出过滞止层边界条件(图1b)，即认为液固界面处存在一固定的液体薄层。
20世纪末，微制造技术推进了芯片实验室的发展，促进微尺度流动研究。
在宏观流动中，边界无滑移假设给出足够精确的近似。
但在微/纳米流动中，流动特征尺度L 有可能接近滑移长度b 时，滑移问题显得十分重要。
为了研究滑移机理，滑移长度的大小是重要的物理参数之一。
图1 三种不同的边界条件：(a)无滑移BC 、(b)滞止层BC 和 (c)Navier 线性滑移BC [2]2 壁面滑移的测量常用测量滑移的实验手段主要包括：(1) 压力－流量(P-Q)关系测量[4]，(2) 表面力测量[surface force apparatus (SFA), atom force microscope (AFM)等] [5],[6]，(3) 速度剖面测量[MicroPIV/PTV ，全内反射隐失波(evevanescent wave, total internal reflection velocimetry, TIRV)等] [7],[8],[9]等。
微尺度研究与管理-概述说明以及解释
微尺度研究与管理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述微尺度研究是一种基于微观层面的细致、精确和全面的研究方法，该方法通过对微观尺度的现象、行为和过程进行深入分析，揭示其内在的规律和机制。
与传统的宏观研究相比，微尺度研究更加注重对细节的关注，能够提供更精确的数据和更深入的洞察。
微尺度研究在各个领域中都有着重要的应用价值。
在生物学领域，微尺度研究可以帮助科学家深入了解生物分子的结构和功能，从而揭示生命的奥秘。
在物理学领域，微尺度研究可以探索微观粒子的运动和相互作用，为新材料的开发和能源的利用提供科学依据。
在社会科学领域，微尺度研究可以揭示个体行为背后的心理和社会动力，对管理和决策提供有力支持。
然而，微尺度研究也面临着一些挑战。
首先，微尺度研究需要借助先进的技术和仪器进行实验和观测，而这往往需要昂贵的设备和专业的技术支持。
其次，微尺度研究往往需要处理大量的数据和复杂的模型，对研究人员的数据分析和模型建立能力提出了要求。
此外，由于微尺度研究涉及到微观尺度的细节，研究结果的解释和推广可能会受到限制。
因此，对微尺度研究的管理成为一项必要工作。
有效的管理方法可以帮助研究人员更好地组织和规划实验，提高研究效率和结果的准确性。
同时，管理方法还可以帮助研究人员更好地利用数据和模型，支持科学发现和决策制定。
本文将介绍微尺度研究的定义、意义和应用领域，并探讨微尺度研究所面临的挑战。
最后，将提出一些管理方法，以帮助研究人员更好地进行微尺度研究。
通过对微尺度研究与管理的深入探讨，期望能够为相关领域的研究人员提供一些参考和借鉴。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：1.2 文章结构本文将分为三个部分进行介绍和探讨。
首先，在引言部分将对微尺度研究与管理的概念进行概述，明确本文的研究方向与目的。
其次，在正文部分将分别就微尺度研究的定义、意义和应用领域进行详细阐述和探讨。
最后，在结论部分将总结微尺度研究的价值、挑战以及相应的管理方法，为读者提供对微尺度研究与管理的全面认识。
流体力学中的微尺度流动与纳米流体力学
流体力学中的微尺度流动与纳米流体力学流体力学是研究流体运动规律以及与固体的相互作用的学科。
随着科学技术的不断发展，流体力学的研究也逐渐趋向于微尺度和纳米尺度领域。
微尺度流动和纳米流体力学成为了流体力学中的两个热点领域。
本文将对流体力学中的微尺度流动和纳米流体力学进行详细论述。
一、微尺度流动微尺度流动是指在微观尺度范围内，流体在微通道或微器件中的运动情况。
与传统的宏观流体力学相比，微尺度流动具有独特的特点和现象。
其中主要包括流体的微观动力学行为、边界效应、离子输运、毛细管现象等。
微尺度流动的研究不仅能够深化对微流体理论的认识，还可以为微流体器件的设计与应用提供理论支持。
在微尺度流动中，一些经典的宏观流体力学理论不再适用，因为流体分子之间的相互作用开始显现出来。
例如，在微小通道中，由于壁面效应的存在，流体分子在壁面附近的受力情况发生了变化，表现出与宏观尺度下不同的流动规律。
微尺度流动的研究对于微流体器件的设计与性能优化具有重要意义。
二、纳米流体力学纳米流体力学是研究纳米尺度下流体运动规律的学科。
随着纳米科技的迅速发展，人们开始关注纳米尺度下流体行为的研究。
纳米尺度下的流体力学与微尺度流动存在相似之处，但也有其独特的特点。
在纳米尺度下，流体分子与壁面之间的相互作用更加明显，其所引发的表面现象对流体行为产生了重要影响。
例如，在纳米通道中，由于流体分子与壁面之间的分子间力作用的影响，流体的黏度、热传导系数等性质可能出现变化。
纳米流体力学的研究对于纳米材料的加工及纳米器件的设计与应用具有重要意义。
三、应用前景微尺度流动和纳米流体力学的研究在科学与工程领域都具有重要的应用前景。
在科学研究方面，微尺度流动和纳米流体力学的研究不仅能够深化我们对流体行为的认识，还可以拓展流体力学理论的边界。
通过对微尺度流动和纳米流体力学的研究，我们可以更好地理解生物流体的运动原理、环境中微小颗粒的传输行为等。
在工程应用方面，微流体器件和纳米材料的应用前景巨大。
微尺度流体力学的理论与模拟研究
微尺度流体力学的理论与模拟研究微尺度流体力学（Microscale Fluid Mechanics）是研究微小尺度下液体或气体的流动行为的学科。
随着微纳米技术的快速发展，微尺度流体力学在许多领域都得到了广泛应用，例如微流控芯片、微型传感器、微纳流体的输送和分离等。
理论与模拟研究在微尺度流体力学中起着至关重要的作用，能够通过模拟实验来提供对实际流动系统的深入理解和预测。
第一章理论基础微尺度流体力学的理论基础主要建立在纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）基础上。
纳维-斯托克斯方程是描述流体运动的基本方程，它基于质量守恒和牛顿运动定律，可以描述流体的速度场和压力场的变化。
然而，由于微尺度下液体或气体存在的分子间相互作用和界面效应，纳维-斯托克斯方程在微尺度下需要进一步修正，例如引入分子粘滞效应的修正项。
第二章微尺度流体模拟方法在微尺度流体力学的研究中，模拟实验方法起着重要的作用。
目前常用的模拟方法主要包括经典分子动力学方法（Classical Molecular Dynamics, CMD）和连续介质模拟方法（Continuum-based Methods）。
CMD方法是基于牛顿力学的分子动力学模拟，通过对系统中粒子的运动进行迭代求解，得到流体的宏观运动行为。
而连续介质模拟方法则是将流体看作连续介质，通过求解偏微分方程来描述流体的运动。
第三章困难与挑战微尺度流体力学的研究面临一些困难与挑战。
首先，微尺度下液体或气体的流动过程受到许多微观效应的影响，例如毛细效应、电场效应等，这些效应往往难以直接观测和测量。
其次，微尺度流体力学中的数值模拟需要考虑到多尺度、多物理场的耦合问题，增加了模拟的复杂性和计算量。
此外，模型的准确性和可靠性也是微尺度流体力学中的关键问题，如何建立合理的模型并进行验证是一个亟待解决的难题。
第四章应用前景微尺度流体力学的研究与模拟在许多领域都有重要的应用前景。
流体力学中的小尺度现象与纳米技术应用
流体力学中的小尺度现象与纳米技术应用流体力学是研究液体和气体在力的作用下所产生的运动和变形规律的学科。
它在众多领域中具有广泛的应用，尤其在工程学和物理学中扮演着重要的角色。
然而，随着科技的发展，人们对流体力学的认知也发生了革命性的变化。
近几十年来，随着纳米技术的崛起，研究人员发现了在小尺度下流体力学中一些带来新颖效应的现象，并将其应用于纳米技术的发展中。
一、纳米尺度下的流体力学行为纳米尺度下的流体力学行为与传统尺度下的行为截然不同。
在常规的流体力学中，流体介质的宏观性质可以用经典的连续介质力学方程来描述，如纳维-斯托克斯方程。
然而，在纳米尺度下，表面效应和分子间相互作用开始显现出重要影响，导致流体的行为发生明显改变。
例如，在纳米尺度下，流体的黏度会增加。
这是由于尺度减小引起的表面效应，使得流体分子在纳米尺度下运动受到壁面的限制，导致黏度上升。
此外，纳米尺度下的介观流体中还存在着诸如纳米流体滞后现象、纳米尺度波动等小尺度现象。
这些特殊的行为使得纳米尺度下的流体力学研究变得非常有挑战性。
二、纳米技术的应用纳米技术是一种通过控制物质的结构和性能来实现新功能和应用的技术。
纳米尺度下的流体力学现象为纳米技术的发展提供了新的思路和方法。
1. 纳米颗粒的传输与定位通过提取纳米流体力学的特性，我们可以设计微流控系统来实现纳米颗粒的精确传输和定位。
利用流体的微流动特性，可以将纳米颗粒从大量混合物中分离出来，并将其定位到所需位置。
这项技术在生物医学和纳米制造领域具有巨大潜力，为实现高效的纳米加工和纳米粒子的精确输送提供了可能。
2. 纳米流体传感器基于纳米流体力学行为的特殊性质，研究人员还可以开发出纳米流体传感器。
这些传感器可以通过检测微观流体的变化来实现对环境、生物或化学物质的快速检测。
例如，通过纳米流体的黏度变化，可以实现对某种特定物质的高灵敏度检测，这在环境监测和生物医学领域具有重要意义。
3. 纳米润湿技术纳米尺度下的流体润湿行为是研究材料表面液体吸附和液体滴的行为。
微尺度流动特性
2 早期微尺度流动的研究
Hale Waihona Puke 关于微尺度流动的研究最早可以追溯到 1970 年 两个研究组开展的工作 ,即 Wu 与 Little[4] 进行的制冷 方面的研究 和 Terry 进行的气相色谱芯片的研究[3] 。 70 年代出于对制冷研究的要求 ,Little 和他的同事[5] 开 始制作芯片上的冷却器 。这个制冷器使用玻璃作为衬 底 ,用 HF 酸化学刻蚀流道 。这样制成的流道具有圆 形横截面 ,难以准确测量尺寸 。为了克服这个困难 ,他 们采用 Sandblasting 方法 ,可以制作出具有相当垂直的 边壁面的流道 ,但底部很粗糙 ,这促使了对粗糙度影响 的研究 。他们加工出来的流道尺寸为宽 200 μm、深 50μm ,粗糙度量级在 20 μm ,因此这种方法不适用更 小尺度的管道 。在改进管道刻蚀技术的同时 ,他们又 发展了一种新颖的粘接方法 ,使制冷器可以承受 20 MPa的压力 。最终这种利用高压氮气的芯片式制冷 器 ,可以在几分钟内将样品温度冷却到 80 K; 这是第 一批实用的微流体器件 。另外 ,Terry 和他的同事[6] 于 1975 年开始研究一种基于微芯片的气相色谱系统 。 他们工作的主要贡献是 ,使用了气阀控制待分析混合 气体的引入及利用薄膜式热传导传感器进行流量测 量 。他们的研究成果也成为最早的 MEMS 器件之一 。 但是当时阀门和传感器都是分别加工后再组装 ,还不 是人们所期望的集成系统 。
以上是早期工程上利用微制造技术的例子 。在科 学研究方面 ,80 年代地球物理学家最早将微制造技术 用于研究模拟多孔介质流动即渗流 。Lenormand 等[7] 用流道组成的格子网络进行实验 ,研究在压力驱动下 非侵润流体 (油) 如何推动侵润流体 (气体) ;借助微流 道网络 ,他们得以直接观察流动并测量被油浸润部分 的几何面积 ,从而验证了理论预测的分形现象 。现在 , 微制造技术提供了更多的加工手段 ,制造出实验所需 要的管道形状分布 (图 1) ,为渗流科学向定量研究发 展提供了新的手段 。
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微尺度流动显示及速度测量李战华郑旭中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室（LNM），北京100080摘要：本文综述了微尺度流动显示和速度测量的前沿技术：MicroPIV、Confocal、TIRFM、MTV、QD等，介绍其工作原理、主要技术指标、适用范围等。
通过对各种系统的分析说明观测微流动需要解决的主要问题，为进行微流动的实验研究和发展微流动观测技术提供参考。
关键字：微流动、流动显示、MicroPIV、Confocal、TIRFM、MTV、QD1.引言微尺度流动是指特征尺度在0.1μm ~ 1mm之间的流动，通常出现在微机电系统（MEMS），特别是微流控芯片（Microfluidic）中。
例如，DNA检测使用的毛细管电泳芯片，微分析系统(μTAS)中使用的微分离器、微阀等器件，均由微米尺度的通道组成。
微尺度流动的主要特点是：低Re数，表面力作用为主，与Capillary数、Bond数有关，工作液体多为复杂液体等。
微尺度流动特性对系统的性能有很大影响，对微流动特性的研究一直受到关注。
微流动特性研究的重要手段之一是进行流场观测。
微尺度流动显示与宏观流动显示主要不同是需要提高空间分辨度和利用高亮度探测仪器等。
宏观速度测量仪器的空间分辨率在几十微米以上：热膜流速仪的探头直径为5μm，长1.25mm，LDV的光斑直径约2mm，这些仪器无法用于微尺度流动测量。
宏观流动显示的示踪粒子直径>1μm，而微流动中的荧光示踪粒子直径在50-500nm。
按照Reyleigh散射定律粒子光强与直径的6次方成比例衰减，因此需要高光学灵敏度探测器。
为了实现微尺度流动诊断，必须对宏观流动显示方法进行改进，采用新的实验仪器或手段。
目前微流动显示方法很多，按照所使用的显微镜系统分为：倒置荧光显微镜、透射显微镜系统、共聚焦显微系统Confocal等。
按照选用的入射光种类分为：利用激光光源的Micro-PIV，利用x射线的X-PIV，利用近场隐失波的TIFMR等。
按照选用的示踪粒子分为：荧光粒子法、分子示踪法和量子点示踪法等。
本文将综述微尺度流动显示和速度测量的主要方法：MicroPIV、Confocal、TIRFM、MTV、QD等，介绍其工作原理、主要技术指标、适用范围等。
通过对系统的分析说明观测微流动的困难和需要解决的主要问题，为进行微流动的实验研究、观测微流控器件的流动特性和发展微流动观测技术提供参考。
2.微观粒子图像测速（Micro-PIV）2.1特点与发展现状（1）原理Micro-PIV是将宏观PIV测量原理应用于微尺度流动的流场测量技术，它在宏观PIV测量系统中增加了光学显微镜（图1），利用粒子的荧光提取流场信息。
（2）发展现状著名实验流体力学家Adrian研究组的Santiago（1998）[1]首次利用连续激光器、CCD和荧光显微镜组成Micro-PIV系统，测量了绕30μm柱体的Hele-Shaw流。
实验中采用的示踪粒子是直径为300nm的荧光粒子，吸收光波长532nm ，发射光波长560nm 。
实验雷诺数Re=3×10-4，流速为50μms -1。
Meinhart et al （1999）[2]利用双脉冲激光的MicroPIV 系统（图1b ），实现了30μm×300μm 矩形微管道内的速度观测，流速达到8 mms -1，速度测量的空间精度达到0.9μm 。
Stone et al （2002）[3]利用软件处理技术使MicroPIV 系统在近壁区速度测量的均方根不确定度达到60nm ，为流道内表面的非接触式测量提供了新的方法。
国内李战华研究组（2003）[4]对连续荧光下MicroPIV 的最小测量速度进行了分析，并对30×50μm 微管道低Re 数流动速度剖面进行了测量。
郝彭飞和何枫（2005）[5]利用Micro-PIV 观测了200μm 微槽道的湍流转捩和结构，发现在微管道中同样存在湍流流动模式。
王旻利和王元（2005）[6]详细综述了Micro-PIV 技术近年来的发展，并介绍了他们的实验测量结果。
(a) MicroPIV 系统示意图[2] (b) 中科院力学所MicroPIV 系统照片 图1 MicroPIV 系统示意图和照片2.2 主要技术参数(1) 空间分辨率● 光学分辨率光学仪器形成图像的清晰程度受光衍射现象限制。
根据Rayleigh 判据，光学仪器的像分辨率δ为： 0.61sin NA n λλδθ≥≈⋅ (2)其中λ为成像光波波长，NA 为物镜数值孔径，n 为介质折射率，θ镜口角。
对油镜n 为1.516，θ约140~150︒，λ为630nm ，则分辨率δ≈0.394μm 。
空间光学分辨率只与光波波长和物镜的数值孔径有关，因此X-PIV 采用x 射线（λ＝300nm ），相对于650nm 光波，空间分辨率可以提高一倍。
● 速度场测量分辨率流场图像由CCD 采集后被数字化，速度场的空间分辨率δs 可以表示为：S W LM N δ= (3)其中L 为物理平面内的观测长度、Mw 为物镜放大倍数、N 为CCD 在观测长度内的点阵数。
当使用100倍物镜时，视场80μm ，L 为8mm 。
CCD 的像素1002×1024，对应空间长度8nm 。
光斑单点化后，速度场测量分辨率可达80nm 。
(2) 工作距离工作距离为物镜到标本的距离（已扣除盖玻片的厚度约0.17mm ）。
这个参数对微流动实验很重要，因为它限制了微流道观测表面的厚度。
对于100倍的物镜，工作距离只有0.1mm 。
(3) 焦点深度和测量深度● 焦点深度显微镜光轴焦点上下可以看清物体的范围叫做焦点深度或景深（Depth of field ），由下式确定：2Z n n e NA M NA λδ=+⋅ (4)其中n 为介质折射率、NA 为镜头数值孔径、M 为显微镜总放大率、e 为图像探测器的最小分辨率。
当使用100倍物镜和10倍目镜时(M=100×10)，n=1.515，CCD 在1×1工作模式下，e 为8μm ，则焦点深度为0.522μm ，可以清楚地观察到焦点±0.261μm 范围内的物体。
● 测量深度由于MicroPIV 是体照明，Meinhart et al （2000）[7]按照测量区域内某一平面粒子灰度与焦平面粒子灰度的相关性确定沿光路的测量范围，定义了测量深度。
测量深度与焦点深度和粒子有效直径有关。
其计算公式为：23 2.16/tan Zm p p n NA d d δλθ=++ （7）在60倍物镜，NA=1.4下，测量深度约为±1.75μm 。
由于显微镜的景深和体照明特性，在目前MicroPIV 系统中实现2D 观测比较困难，采用共聚焦显微镜可以改进平面观测（见§3）。
(4) 示踪粒子● 荧光粒子宏观PIV 的示踪粒子直径>1μm ，利用粒子散射光采集速度信息。
而MicroPIV 利用的示踪粒子直径在50-500nm ，其散射光不足以被观测，因此采用荧光示踪粒子。
荧光是发射光，当入射光照到样品上，样品内分子运动状态发生变化，样品分子吸收外来光能从高能级回复到低能级释放光能形成荧光。
在理想情况下，一个分子大约能辐射出105－106个荧光光子。
高效单光子计数器可以检测到5％的荧光光子约5000个，足以探测到单个分子。
● 布朗运动根据Einstein 公式计算粒子扩散距离，Li et al (2003)[4]计算了定常流场中直径200nm 粒子可以忽略布朗运动的最小速度约为13μm/s 。
● 荧光粒子的浓度荧光粒子的浓度对背景噪音影响很大。
Meinhart et al （2000）[7]给出4种粒子浓度在4种测量距离下的信噪比。
根据作者的实验经验，使用200nm 粒子时，浓度范围为0.02~0.1%为宜。
(5) 光信号检测器由于使用荧光粒子作为示踪粒子，MicroPIV对CCD 的光学灵敏度要求高。
Lee (2005)[8]给出不同种类CCD 适用的范围(图2)。
微流动显示至少需要选择量子效率高和暗电流低增强CCD（ICCD ）和冷却CCD(Cooled CCD)。
(6) 图像处理技术王旻利和王元（2005）[6]详细综述了Micro-PIV图像处理技术，可以参考。
3. 激光共聚焦显微镜（Laser scanning Confocal Microscope ）图2 不同种类CCD 的量子效率示意图图3 共聚焦显微镜原理示意图[9]图4 共聚焦显微镜扫描系统示意图[10]3.1原理共聚焦显微镜与传统场式(wide field)显微镜相比具有控制焦深、降低背景杂光的优点。
通过空间过滤技术去除非焦平面信息获得光学切片。
从一个点光源发射的探测光通过透镜聚焦到被观测物体上，如果物体恰在焦点上，那么反射光通过原透镜应当汇聚回到光源，这就是所谓的共聚焦（图3）。
共聚焦光学系统是对样品进行点照明，同时反射光也采用点感受器受光。
只有与焦点重合的图像会被输出，因此无用的散乱光被屏蔽掉，有效地降低了背景干扰。
共聚焦显微系统可以用激光作扫描光源，逐点、逐行、逐面快速扫描成像（图4）。
由于激光束的波长较短，光束很细，所以激光共焦显微镜有较高的分辨力，大约是普通光学显微镜的3倍。
系统经一次调焦，扫描限制在样品的一个平面内。
调焦深度不一样时，就可以获得样品不同深度层次的图像。
3.2技术指标实用共焦显微镜在反射光的光路上加上了一块半反半透镜（dichroic mirror），将已经通过透镜的反射光折向一套微透镜和光学针孔系统，将进入物镜的光线再次聚焦，以克服普通显微镜焦点深度过大的影响。
例如Olympus荧光显微镜IX70的景深为3μm，而共聚焦显微镜的景深只有0.5μm，可以更准确地显示指定平面的图像。
Oshima et al (2005) [11]使用CSU22(Yokogawa Electric Corp.) Confocal Micro-PIV系统具有1000帧/秒的采样速度，在40×/NA=1.25物镜采用500nm荧光粒子对血管流动进行了观测。
4.全内反射荧光显微镜（Total Interior Reflect Fluency Microscope -TIRFM）4.1原理光波从光密介质射向光疏介质，入射角大于临界角时，会发生全反射现象。
这时，尽管所有的光全部被反射回光密介质，但由于波动效应，部分光的能量会穿过光密介质透入光疏介质很薄的一层表面，平行于界面传播。
这种透入光疏介质表面的波，称为隐失波（Evanescent wave）。
在低折射率介质中隐失波的典型渗透深度为100nm。
如果样品紧贴界面放置，则隐失波对样品的垂直照射深度也为100nm。