矩形微通道內(nèi)的流動與壓降特性研究.pdf

1、隨著技術(shù)的進(jìn)步，微型設(shè)備和系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn)。人們不斷發(fā)現(xiàn)微小系統(tǒng)由于尺寸減小而帶來的眾多優(yōu)勢，但微裝置尺寸的縮小也增加了熱流密度，因此具備高效散熱性能的微通道逐漸成為發(fā)展方向和趨勢。微通道換熱器具有強(qiáng)化換熱，結(jié)構(gòu)緊湊、高效的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科，具有重要的研究意義。然而，目前微系統(tǒng)內(nèi)小型化結(jié)構(gòu)改變物理過程的機(jī)理還不成熟。當(dāng)微裝置的尺度小到一定程度，會出現(xiàn)與常規(guī)尺度不同現(xiàn)象。有些基礎(chǔ)問題還不明確，包括微通道內(nèi)流動與壓降特性，尤其是入口區(qū)域

2、。入口段的換熱系數(shù)較高，充分利用入口段，可以提升整體換熱效率，節(jié)約能源。
　　本文在層流連續(xù)流動和滑移流動下對三維矩形微通道內(nèi)流動與壓降的研究采用了理論分析與數(shù)值模擬的方法。研究了層流發(fā)展流及充分發(fā)展階段的摩擦分布特性，重點(diǎn)分析了微通道截面尺寸、軸向無量綱距離和滑移參數(shù)對流動和壓降的影響。
　　在本文使用的半理論分析模型的基礎(chǔ)上，對三維矩形微通道入口發(fā)展流動階段的摩擦因子進(jìn)行了定量研究。首先，在連續(xù)流動條件下模擬的表觀摩擦因

3、子與雷諾數(shù)乘積(fappRe)的結(jié)果與經(jīng)典文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，說明數(shù)值方法可行有效，并進(jìn)一步擴(kuò)充了經(jīng)典文獻(xiàn)中可用數(shù)據(jù)點(diǎn)的使用情況和范圍，此擴(kuò)充數(shù)據(jù)與半理論分析模型的數(shù)值保持一致，在擴(kuò)展數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，發(fā)展了關(guān)于Hagenbach系數(shù)的新的關(guān)聯(lián)式。其次，在滑移流動條件下將fappRe的數(shù)值數(shù)據(jù)與半理論分析模型進(jìn)行了對比，誤差較小，實(shí)現(xiàn)了對滑移發(fā)展流動階段摩擦分布特性的初步探索。
　　本文對連續(xù)流動和滑移流動的數(shù)值模擬獲得了預(yù)期的

4、結(jié)果。三維矩形微通道內(nèi)的fappRe在入口區(qū)域數(shù)值較大，變化顯著，隨著軸向無量綱距離的增加而迅速減小，之后變化趨緩，最終為穩(wěn)定值達(dá)到充分發(fā)展流動階段。此外表觀摩擦因子隨著矩形截面寬高比的增加而減小。對于滑移流動，Kn數(shù)越大，滑移程度越大，滑移速度變大。速度滑移的存在，使得fappRe的值減小。
　　本文擴(kuò)展了經(jīng)典文獻(xiàn)書籍中fappRe的數(shù)據(jù)點(diǎn)，對連續(xù)流動和滑移流動條件下三維矩形微通道入口發(fā)展流的fappRe進(jìn)行了定量研究。這些擴(kuò)充