L01 尺度分析:同一组无量纲数,在不同尺度下谁说了算?

第 1 讲 · 微流控概论与尺度分析 | 拖动特征长度 L 与速度 U,观察 Re、Ca、We、Pe、Bo 与三种时间尺度如何变化

① 无量纲数(对数轴,竖线为 1)

每个数都依赖“特征尺度”的选取:同一器件中,用通道宽、液滴直径还是颗粒直径,结果可差几个数量级。报数时必须写明 L 和 U 取的是什么。

② 时间尺度赛跑(对数时钟):平流 L/U、动量扩散 L²/ν、物质扩散 L²/D

时钟按对数时间推进;每条进度条在对应时间尺度处填满。比值即无量纲数:tdiff/tadv = Pe,tvisc/tadv = Re。

③ 课堂追问

  • “宽 100 μm、流量 10 μL/min,求 Re”——还缺什么?为什么不能默认高度?
  • 把 L 从 1 mm 缩到 10 μm(U 不变),S/V 和 Bo 各变几倍?
  • Re ≪ 1 时 Pe 一定小吗?用“蛋白质”预设试一试。
  • 某 AI 回答“微通道 Re = 8.3×10⁵,强湍流”。哪一步最可能出错?