Topology optimization theory for laminar flow : applications in inverse design of microfluidics

این کتاب تئوری بهینه‌سازی توپولوژی برای جریان‌های آرام با اعداد رینولدز کم و متوسط ​​را به ترتیب بر اساس روش چگالی و روش تنظیم سطح ارائه می‌کند. نظریه مبتنی بر روش چگالی همگرایی کارآمدی را ارائه می‌کند، در حالی که نظریه مبتنی بر روش مجموعه سطح می‌تواند بیان ریاضی دقیق مرز ساختاری را ارائه دهد.

ناپایدار، نیروی بدنی ویژگی های محرک و دو فازی از ویژگی های اصلی جریان های آرام هستند. این کتاب در مورد این ویژگی‌ها، که نمونه‌ای از میکروسیال‌ها و یکی از کانون‌های تحقیقاتی در حوزه سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) هستند، بحث می‌کند و یک رویکرد طراحی معکوس کارآمد برای ساختارهای میکروسیال ارائه می‌کند. برای نشان دادن کاربردهای این نظریه بهینه سازی توپولوژی در زمینه میکروسیالات، همچنین طراحی معکوس میکرومیکسر، میکرو دریچه و میکروپمپ را که عناصر کلیدی در دستگاه های آزمایشگاه روی تراشه هستند، بررسی می کند.

This book presents the topology optimization theory for laminar flows with low and moderate Reynolds numbers, based on the density method and level-set method, respectively. The density-method-based theory offers efficient convergence, while the level-set-method-based theory can provide anaccurate mathematical expression of the structural boundary.

Unsteady, body-force-driven and two-phase properties are basic characteristics of the laminar flows. The book discusses these properties, which are typical of microfluidics and one of the research hotspots in the area of Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS), providing an efficient inverse design approach for microfluidic structures. To demonstrate the applications of this topology optimization theory in the context of microfluidics, it also investigates inverse design for the micromixer, microvalve and micropump, which are key elements in lab-on-chip devices.