微圓管內(nèi)水流動(dòng)特性的研究.pdf

1、本文對(duì)水在圓形不銹鋼微通道內(nèi)的流動(dòng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究?jī)?nèi)容包括：進(jìn)口段效應(yīng)、粗糙度效應(yīng)、超疏水微通道內(nèi)的滑移減阻特性，還進(jìn)行了超疏水不銹鋼表面的制備研究。 通過(guò)對(duì)一系列不同長(zhǎng)徑比微通道內(nèi)水流動(dòng)特性的研究對(duì)比，考察了進(jìn)口段效應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，層流向湍流的轉(zhuǎn)變的臨界雷諾數(shù)Re與常規(guī)理論一致。由于流動(dòng)特性同時(shí)還受到受粗糙度效應(yīng)的影響，所以當(dāng)進(jìn)口段效應(yīng)可以忽略時(shí)，泊謖葉數(shù)Po的穩(wěn)定值隨Re的升高而增大。內(nèi)徑1.050mm、0.85

2、0mm、0.550mm圓管內(nèi)層流流動(dòng)特性受進(jìn)口段效應(yīng)影響的最大長(zhǎng)徑比分別約為280、290、400。受進(jìn)口段效應(yīng)影響的層流區(qū)泊謖葉數(shù)Po值和文獻(xiàn)報(bào)道的理論公式及經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了比較，與經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的吻合程度好于理論公式。 通過(guò)化學(xué)刻蝕法得到了具有較大粗糙度的不銹鋼微圓管，研究了粗糙度對(duì)流動(dòng)特性的影響?？涛g后微圓管最大相對(duì)粗糙度為0.663％，所有刻蝕后微圓管內(nèi)層流向湍流轉(zhuǎn)變的臨界雷諾數(shù)仍與常規(guī)理論一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Po隨管壁相對(duì)

3、粗糙度的增大而升高，并且粗糙度的影響在高Re下更顯著。在相對(duì)粗糙度最大的微通道內(nèi)，層流流動(dòng)阻力較常規(guī)理論值最大增加約32％。對(duì)微尺度下粗糙度效應(yīng)使層流流動(dòng)阻力升高的機(jī)理進(jìn)行了分析。 采用化學(xué)刻蝕和表面氟化兩步法在不銹鋼平板上制備了超疏水表面。在制備的超疏水表面上，水滴的接觸角可達(dá)到163°，接觸角滯后為4°。分析表明，在不銹鋼表面刻蝕形成的微—納米相間的階層粗糙結(jié)構(gòu)是形成超疏水表面的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件和工藝的改進(jìn)，在不銹鋼微通

4、道內(nèi)壁上制備出了超疏水表面：同時(shí)制備了具有超親水內(nèi)表面的不銹鋼微通道。 對(duì)比了超親水和超疏水表面不銹鋼微通道內(nèi)水的流動(dòng)特性。結(jié)果表明，超疏水表面微通道內(nèi)流動(dòng)阻力較低，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)減阻率為8％～31％，減阻率隨著Re的增大而下降并最終達(dá)到較穩(wěn)定值。對(duì)這一現(xiàn)象的物理機(jī)制進(jìn)行了分析。超疏水微通道內(nèi)水流動(dòng)的滑移長(zhǎng)度也是Re的函數(shù)，最大滑移長(zhǎng)度達(dá)到63μm。利用粗糙度—粘度模型修正了作為超疏水管內(nèi)滑移參照的親水管內(nèi)流動(dòng)阻力和傳統(tǒng)理論值的偏