微尺度流動阻力特性的研究.pdf

1、微尺度條件下流體的流動特性是微納零件制造與微機械裝置控制系統(tǒng)設(shè)計中需考慮的重要因素，因此對涉及微流動的微機械零件的設(shè)計、制造具有重要的理論指導意義。目前各國研究者已經(jīng)做了大量的實驗工作，發(fā)現(xiàn)微尺度下的流動存在許多不同于宏觀流動的現(xiàn)象，分析其原因可能是宏觀流動中一些被忽略的因素(尺度效應、表面效應、進出口效應和邊界滑移等)對微流動產(chǎn)生了重要影響。有一些研究者提出多種物理模型試圖解釋微流動的作用機理，但并沒有取得統(tǒng)一的認識。 本文從

2、數(shù)值計算和實驗兩個方面研究微尺度流動的阻力特性及其作用機理，主要有以下幾個方面： (1)擴展關(guān)于粗糙壁面內(nèi)定常層流充分發(fā)展的條件，引入沿軸向的橫截面上速度周期性分布的概念，從理論上分析得到Darcy阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的乘積不隨雷諾數(shù)的變化而改變的結(jié)論。經(jīng)有限元數(shù)值方法驗證，說明假設(shè)是合理的，指出將阻力常數(shù)的增大歸結(jié)于雷諾數(shù)的影響是不恰當?shù)摹?(2)針對表面粗糙度對微尺度流動的影響機理，指出以往的實驗條件下微管內(nèi)可能存在微小

3、的擾動。以此為指導思想，自行設(shè)計了氣壓驅(qū)動的穩(wěn)定壓力源和組合式流動阻力測量裝置(管道水力直徑在600μm左右)。針對實驗初期存在的問題，提出改良方案，使之滿足實驗要求。 (3)以5號主軸潤滑油和正丙醇為工作介質(zhì)，實驗研究其通過不同粗糙度(尺。分別為1.19μm、2.696μm、5.865μm)管道的現(xiàn)象，合理地處理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗現(xiàn)象及實驗過程中的潛在誤差，提出可能的機理性解釋。 (4)表面粗糙度的多孔介質(zhì)實驗模擬。通