Micro- and Nanoflows

این کتاب روش‌های فیزیکی، ریاضی و تجربی را برای مدل‌سازی جریان‌ها در دستگاه‌های میکرو و نانوسیال توصیف می‌کند. این جریان ها را در کانال هایی با اندازه مشخصه بین چند صد میکرومتر تا چند نانومتر در نظر می گیرد. روش های مبتنی بر حل معادلات جنبشی، توصیف جنبشی-هیدرودینامیکی جفت شده و روش دینامیک مولکولی استفاده می شود. بر اساس اندازه‌گیری‌های دقیق توزیع فشار در امتداد میکروکانال‌های مستقیم و خمیده، ضرایب مقاومت هیدرولیکی اصلاح می‌شوند. جریان سیالات پراکنده (از جمله نانوسیالات پراکنده) با جزئیات در نظر گرفته شده است. نتایج مدل‌سازی هیدرودینامیکی ساده‌ترین میکرومیکسرها گزارش شده است. اختلاط سیالات در میکرومیکسرهای نوع Y و T در نظر گرفته شده است. نویسندگان یک مطالعه سیستماتیک از جریان های جت، ساختار جت ها و انتقال آرام- آشفته ارائه می دهند. تاثیر صدا بر ساختار میکروجت در نظر گرفته شده است. پدیده‌های جدید مرتبط با آشفتگی و لایه‌بندی مجدد لایه اختلاط میکروجت‌ها مورد بحث قرار می‌گیرند. بر اساس بررسی های تجربی انجام شده، نویسندگان نموداری از رژیم های جریان میکروجت را پیشنهاد می کنند. هنگام پرداختن به مدل‌سازی میکروجریان‌های نانوسیال، نویسندگان نشان می‌دهند که در کجا می‌توان از رویکردهای هیدرودینامیکی مرسوم استفاده کرد و در کجا به مدل‌های پیچیده‌تری نیاز است، و پایداری هیدرودینامیکی جریان‌های نانوسیال را تحلیل کردند. بخش آخر کتاب به تئوری آماری فرآیندهای انتقال در سیالات تحت شرایط محدود اختصاص دارد. نویسندگان روابط سازنده و فرمول های ضرایب حمل و نقل را ارائه می کنند. در نتیجه، نویسندگان تجزیه و تحلیل دقیقی از ویسکوزیته و انتشار در نانو کانال‌ها و محیط‌های متخلخل ارائه می‌کنند.

This book describes physical, mathematical and experimental methods to model flows in micro- and nanofluidic devices. It takes in consideration flows in channels with a characteristic size between several hundreds of micrometers to several nanometers. Methods based on solving kinetic equations, coupled kinetic-hydrodynamic description, and molecular dynamics method are used. Based on detailed measurements of pressure distributions along the straight and bent microchannels, the hydraulic resistance coefficients are refined. Flows of disperse fluids (including disperse nanofluids) are considered in detail. Results of hydrodynamic modeling of the simplest micromixers are reported. Mixing of fluids in a Y-type and T-type micromixers is considered. The authors present a systematic study of jet flows, jets structure and laminar-turbulent transition. The influence of sound on the microjet structure is considered. New phenomena associated with turbulization and relaminarization of the mixing layer of microjets are discussed. Based on the conducted experimental investigations, the authors propose a chart of microjet flow regimes. When addressing the modeling of microflows of nanofluids, the authors show where conventional hydrodynamic approaches can be applied and where more complicated models are needed, and they analyze the hydrodynamic stability of the nanofluid flows. The last part of the book is devoted the statistical theory of the transport processes in fluids under confined conditions. The authors present the constitutive relations and the formulas for transport coefficients. In conclusion the authors present a rigorous analysis of the viscosity and diffusion in nanochannels and in porous media.