几何参数对矩形微通道内流体流动特性的影响

以试验手段对8根不同水力直径矩形微通道内蒸馏水的流动特性进行研究,测量得到了矩形微通道内流体流动时摩擦阻力系数f和摩擦常数P_o随Re数的变化规律,分析了矩形微通道水力直径、深宽比及长径比等几何参数对其内流体流动特性的影响规律和方式.结果表明:对于深宽比相同的微矩形通道,水力直径或长径比的减小都将引起内流体流动的f值和Po值的增大;而对于长径比相近而深宽比不同的矩形微通道而言,随着深宽比的减小,微通道内的f值和Po值也将增大;文中研究范围内,深宽比对矩形微通道内流体流动特性的影响更大;矩形微通道内流体流动的摩擦阻力系数是水力直径、深宽比及长径比等几何参数的复杂函数.     

节流型微通道流动换热系统研究

【目的】现阶段对于微通道内流体的流动特性规律的研究还不是很成熟,需要进一步研究微通道结构换热器对常规电子设备受热特性的优化情况。【方法】本研究设计加工了形状为渐缩渐扩节流型微通道散热器,以液体水为试验的流动工质,动力装置由隔膜计量泵提供,利用铜棒模拟现实生活中常见的热源,通过改变隔膜计量泵的滑动手轮,实现调节进入渐缩渐扩节流型微通道的工质流量。【结果】1）工质在通道入口端是简单的单相对流换热,具有较低的传热系数,使得温度相对较高。当工质经过空化结构时,由于截面积变小,使得工质流速增大、压力变小,在突扩界面处出现空化泡的两相传热。2）随着进口流量的积累逐渐大于出口流量的积累,使得进出口两端的压差不断增大。3）稳定状态下进出口压力的周期性波动与计量泵提供的流量周期性波动有关系。4）对于不同恒温的试验流体通过微通道时,随着时间的延迟,输入的热量越来越多,加热棒温度越来越高,微通道入口温度与输入热量呈线性关系。5）微通道内的流体流动时的雷诺数和通道对流体的阻力系数呈现递减的规律。在可以接受的误差范围内,当试验工质处于层流阶段时,摩擦阻力系数与理论模拟关系式模拟的结果误差相对较小。     

粗糙度对风力机翼型气动性能影响的数值预测

采用二维不可压缩N-S方程和SST k-ω湍流模型研究了风力机翼型DU 95-W-180在粗糙表面时的空气动力学性能,在整个翼型表面均匀分布不同高度的粗糙带时,得到了该翼型的升力和阻力特性曲线,以及最敏感的粗糙度;同时,研究了在翼型压力面和吸力面的不同位置布置粗糙带时,粗糙带位置对翼型的升力和阻力特性的影响,通过分析得到了该翼型对粗糙带的最敏感位置,并进一步分析了翼型两个敏感位置的粗糙度对翼型升力特性、阻力特性和升阻比的影响.     

普通铣床零件加工表面粗糙度的影响因素研究

采用正交试验法研究普通铣床切削条件下进给速度、主轴转速和切削深度对表面粗糙度的影响。结果表明:随着切削深度的增加,表面粗糙度值越来越大;随着主轴转速和进给速度的增加,表面粗糙度值先减小后变大,总体呈增大趋势。切削深度对表面粗糙度的影响效果最大,其次是主轴转速,再次是进给速度。     

方截面直微通道内低雷诺数流动分析

为了研究植物水分通道导管内流等雷诺数小于1的微通道内流流场特性,采用Micro-PIV试验测量技术和Fluent软件,通过设置合适的多孔介质区域厚度与动量源项,建立多孔介质模型模拟壁面粗糙元影响的数值模拟方法,在雷诺数分别为0.15,0.25和0.35时,对断面尺寸为400μm×400μm的方截面直微通道内流流场进行研究,并将试验与数值模拟结果与直接对控制方程解析求解所得的解析解进行比较.结果表明：微尺度通道往往具有壁面相对粗糙度高的特性,该特性对通道内流场分布造成的影响,在雷诺数很低的情况下,仍然不可忽视.解析解是针对常规尺度通道推出的,未考虑微通道较高的相对粗糙度对流场的影响,虽然其流场速度廓线的变化趋势与试验值相近,但其值在距离流道中心小于0.04 mm的主流区小于试验值,而在距离流道中心大于0.04 mm的近壁区大于试验值.采用多孔介质模拟壁面粗糙元则可以有效地实现对方截面直微通道低雷诺数内流的模拟,试验值所得数据点与模拟值所成曲线重合.     

多孔介质壁面条件下微尺度流动的数值模拟

利用多孔介质模拟微通道壁面粗糙元,建立了一种新的微尺度化流场的数值模拟方法.多孔介质模型厚度由微通道壁面相对粗糙度折算,多孔介质的阻力系数由该区域内的流态及阻力计算;配合采用k-ε和k-ω多种形式的湍流模型,对边长为600μm的方形断面微通道流场在雷诺数分别为100和300的情况下进行了数值模拟计算.通过模拟结果与Micro-PIV测量数据的对比分析发现,采用realizablek-ε湍流模型,搭配多孔介质微尺度化模型进行数值计算,能够有效地模拟微尺度流场的流动状况,而标准k-ε湍流模型和RNGk-ε湍流模型的微尺度模拟计算结果虽接近试验测量值,但仍有偏差;标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型的微尺度模拟效果较差.     

DMLS微换热器粗糙度对Al2O3/R141b流动沸腾传热影响

为了探究DMLS(直接金属激光烧结)微型换热器换热通道表面粗糙度对纳米流体制冷剂流动沸腾传热的影响,运用化学抛光技术改变不同DMLS微型换热器换热管道表面的粗糙度,制备0.01%低浓度Al2O3/R141b纳米流体制冷剂为实验工质,在不同的热流密度9.4~29.4 k W/m2、质量流率184.3~432.2 kg/(m2·s)下,研究不同DMLS换热管道表面下的粗糙度对Al2O3/R141b流动沸腾传热特性。研究结果表明:粗糙度对纳米流体制冷剂在DMLS微型换热器内流动沸腾传热有显著影响,纳米流体制冷剂的换热性能随粗糙度的减小而减弱,粗糙度减小80.4%,换热性能减弱22.5%;相同的工况下,相比于表面粗糙度为8.7μm DMLS微型换热器换热管道,纳米流体制冷剂在粗糙度为5.8、3.2、1.7μm DMLS微型换热器换热管道中的平均换热系数分别减小7.1%、14.1%、22.5%;DMLS微型换热器换热通道表面粗糙度越大,表面凹凸程度越大,单位长度换热通道内,纳米流体制冷剂与通道表面有更多的接触面积,促使单位面积上有更多的纳米制冷剂核气化核心密度,同时核化起点提前、壁面过热程度越低,有利于强化传热效果;实验结果与修正后的LAZAREK传热模型结果相对偏差为9.88%,验证了数学模型的有效性及实验结果的可靠性。     

微尺度内流流场数值模拟方法及实验

以Micro-PIV实验测量的微尺度流场为基础,利用Fluent数值计算软件设计最佳微尺度流动数值模拟方案.针对微尺度特性,采用设定壁面粗糙度和多孔介质模拟粗糙元的微尺度效应处理方法,利用Fluent软件提供的realizable k-ε模型和标准k-ω模型,分别在Reynolds数为100和300情况下对边长600μm的矩形断面的微通道内流场水流流动进行数值模拟,通过各种数值模拟方案下计算出的速度场与Micro-PIV实验结果的对比,得出以多孔介质模拟壁面粗糙元、配合realizable k-ε模型进行数值计算的方案是微尺度流场CFD的最佳方案.     

微通道内种子汽泡抑制沸腾不稳定性研究

搭建同步光学可视化实验台,以并联三角形微通道硅基热沉为实验段,微通道入口玻璃盖板内侧溅射5个Pt微加热器构成种子汽泡发生器阵列。研究了低入口质量流量下不同种子汽泡触发频率对微通道内沸腾不稳定性的影响。实验结果表明,种子汽泡触发频率作为控制微通道内流动沸腾不稳定的重要参数,单相液体区域,种子汽泡对微通道内流动影响很小;两相区域,随着热流密度增大,压降呈线性上升,壁面温度呈指数式上升。触发频率越高,压降越高,壁面温度下降越大。相同热流密度条件下,高频种子汽泡能够完全消除沸腾不稳定性,壁面温度显著下降,温度均匀性得到明显提升。     

离心泵尾流-射流现象及粗糙度对其影响的分析

为减小叶轮内的流动损失,结合计算流体力学、壁面函数法和等效沙粒粗糙度模型,研究了离心泵叶轮流道内的尾流-射流现象及其受粗糙度的影响规律。对比试验和数值模拟结果,确保了所选计算方法和湍流模型(RNG k-ε模型)能够准确反映内流场的变化。研究表明:在叶轮流道内相对速度W的分布存在明显的尾流-射流规律,且吸力边后盖板附近的边界层厚度较大,尾流区主要在吸力边后盖板附近;在叶轮出口处,尾流区则出现在吸力边的前盖板附近。粗糙度对叶轮流道内湍流的影响较大,对压力边和吸力边相对速度的影响相反。粗糙度对内部流动的影响存在一个过渡值,当粗糙度大于此值时,粗糙度对流动的影响与粗糙度小于此值时相反。随着粗糙度的增加,叶轮出口处相对速度波动的振幅增加。