学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

量热式生物传感器的数值模拟及实验数据分析

作　者: 许瑞祥
导　师: 杨启容
学　校: 青岛大学
专　业: 热能工程
关键词: 量热式生物传感器固定化酶热质传递数值计算
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 30次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

生物传感器是以生物活性单元作为生物敏感元的一类特殊化学传感器,对被测物质具有高度选择性。它通过信号转换器捕捉被测物质与敏感元之间的反应,然后将反应的程度用离散或连续的信号表达出来,从而得出被测物的属性。量热式生物传感器具有测量快速准确、易操作,适用范围广等特点。在污染物、水质检测、农药残留物检测等很多领域有着广泛的应用。首先介绍了研究量热式生物传感器的背景和意义,接着介绍了国内外在生物传感器方面的研究进展。通过对量热式生物传感器内部结构的简化,建立了两种相应的物理模型。采用Gambit软件对模型进行网格划分,运用Fluent软件对模型进行数值模拟。通过数值模拟得到在柱状模型中量热式生物传感器的测温装置应该安装在入口4mm以后,酶反应器的长度采用10mm即可。在颗粒模型中得到了类似的结论。通过改变速度、浓度以及初始温度等参数得到量热式生物传感器中复杂热信号,应用这些热信号变化规律来指导完善生物传感器的测量过程,同时为量热式生物传感器的实验研究提供参考。为验证数值模拟的合理性,将最佳进口速度和最佳进口温度数值模拟结果与相应的实验数据进行了比较,得到结论：在反应温度随进口速度的变化上,数值模拟的最佳速度比实验的最佳速度略低,相差20%左右。实验测得的最佳初始温度比数值模拟结果略高,相差10%左右。这说明数值模拟是合理的。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
引言  6-11
  0.1 研究背景及意义  6
  0.2 生物传感器的信号转换原理  6-7
  0.3 国内外研究动态  7-10
    0.3.1 国外研究动态  7-8
    0.3.2 国内研究动态  8-10
  0.4 课题的研究内容和研究路线  10-11
第一章 Gambit和Fluent软件介绍  11-22
  1.1 软件Gambit的介绍  11-12
  1.2 软件Fluent的介绍  12-21
    1.2.1 数值计算仿真软件Fluent  12-14
    1.2.2 Fluent的常用计算模型  14-20
      1.2.2.1 湍流模型  16-17
      1.2.2.2 传热模型  17-19
      1.2.2.3 物质输送和有限速率化学反应模型  19-20
    1.2.3 边界条件  20
    1.2.4 材料属性  20-21
  1.3 小结  21-22
第二章量热式生物传感器的柱状模型及数值分析  22-30
  2.1 模型结构简化图  22-24
    2.1.1 物理模型  22-23
    2.1.2 数学模型  23-24
  2.2 网格的划分和定解条件  24-25
    2.2.1 Gambit网格划分  24-25
    2.2.2 定解条件  25
  2.3 酶柱反应过程的数值模拟计算及分析  25-29
    2.3.1 轴向速度温度分布  25-26
    2.3.2 截面上的尿素浓度分布  26-27
    2.3.3 截面上温度随进口速度浓度的变化  27-29
    2.3.4 底物初始温度对稳定状态下测温区温度的影响  29
  2.4 小结  29-30
第三章量热式生物传感器的颗粒模型及数值分析  30-36
  3.1 酶柱结构的颗粒模型  30-31
    3.1.1 物理模型与假设条件  30-31
    3.1.2 模型网格划分和边界条件  31
  3.2 数值计算结果分析及模型对比  31-35
    3.2.1 轴向温度分布  32
    3.2.2 截面上温度随进口速度浓度的变化  32-34
    3.2.3 不同初始温度对稳定状态下测温区温度的影响  34-35
  3.3 小结  35-36
第四章量热式生物传感器的实验研究  36-46
  4.1 量热式生物传感器的工作原理及实验装置  36-39
    4.1.1 量热式生物传感器的工作原理  36-37
    4.1.2 量热式生物传感器的实验装置  37-39
  4.2 温度变化的实验研究及与数值模拟结果的分析对比  39-45
    4.2.1 温度随进口速度变化的实验与数值模拟结果对比  40-42
    4.2.2 温度随进口浓度变化的实验与数值模拟结果对比  42-43
    4.2.3 温度随初始温度变化的实验与数值模拟结果对比  43-45
  4.3 小结  45-46
结论  46-47
展望  47-49
参考文献  49-52
攻读学位期间的研究成果  52-53
致谢  53-54

量热式生物传感器的数值模拟及实验数据分析

内容摘要

全文目录

相似论文