脉动流动强化微混合的研究

在微尺度下,由于流动处于层流状态,因此混合是一个巨大的难题.针对微尺度混合的特点,提出了一种新型微混合器.这种微混合器利用入口速度方波型脉动实现微通道内流体的有效混合.针对物理问题建立了通用的无量纲方程和边界条件,利用计算流体动力学(CFD)方法研究了微混合器的特性和脉动参数的影响.结果表明在脉动方波占空比为0.5,相位差为180度时,能达到较好的混合效果.当雷诺数为1.0,脉动频率为2Hz时,混合度能达到79%.研究表明:微混合器中流动具有混沌对流特征,脉动流动可极大地增加界面面积,从而实现快速混合.综合各参数的影响建立了参数-脉动体积,当其未超过混合通道体积时,其值越大,混合效果越好.     

基于多级压缩回热过程的半闭式S-CO_(2)循环回热优化研究EI北大核心CSCD

在单回热半闭式超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))循环中,CO_(2)在不同温度和压力下的比热容差异较大,导致回热器两侧工质的温度匹配性较差,不可逆损失较大。构建多级压缩回热过程是改善单回热循环回热性能的有效方法。该文在单回热循环的基础上,通过添加分流再压缩过程,提出再压缩半闭式S-CO_(2)循环,并获得6.63%的效率提升,同时从数学公式中证明效率提高的原因是叠加了净功。进一步构建三压缩循环时,发现回热器两侧工质流量的不匹配使得回热器内部出现温度交叉,体现出半闭式S-CO_(2)循环存在多种质量流耦合匹配问题,可通过对燃料、氧气和回流CO_(2)在回热器中进行流量匹配来解决。结果表明,三压缩循环相比再压缩循环的效率可进一步提高1.47%。通过构建多级压缩回热过程,充分挖掘了半闭式S-CO_(2)循环的效率潜力,可获得较好的性能。     

渐缩渐扩喷嘴临界流动的空穴核化模型

在西安交通大学高压汽水实验台架上进行了破口型式为渐缩渐扩喷嘴的临界流实验，实验参数为：入口压力３，０～１６．ＯＭＰａ，入口欠热度０～６０°Ｃ。对应临界质量流速为４０～１２０×１０３ｋｇ／ｍ２ｓ。实验表明，闪蒸起始点处的热力非平衡性随入口欠热度的增加而减小，入口为饱和状态时热力非平衡性最大。提出了一个新的空穴核化模型来预测闪蒸起始点处的减压值。该模型中含有一个由实验确定的系数，并被实验证实，该系数仅为入口欠热度的函数。将该模型计算的临界流量与临界流量的实验值进行了比较，取得了满意的结果。     

微气泡执行器强化微混合的实验研究

微尺度流动的雷诺数(Re)比较低,其混合主要通过扩散来完成,因此需要较长的距离与时间才能混合均匀。为实现微尺度低Re数流体的快速均匀混合,以甲醇及染色甲醇为工质,采用脉冲电压激励微铂膜产生可控气泡,并以气泡周期性胀缩产生的脉冲压力为动力源,研究脉冲压力横向扰动产生的混沌流对微通道内流动混合的影响。结果表明:脉冲压力横向作用使流体的交界面产生了强烈的卷曲拉伸,有效地强化了混合,该微混合器能够在毫米级混合长度及毫秒级混合时间内快速均匀混合,脉冲频率越高,混合效果越好。本研究结果为解决微尺度下低Re数流动混合难题提供了一种有效的崭新手段。     

MEMS热敏微流量传感器研究

采用标准MEMS工艺,设计并制造了一种Pt薄膜热式微流量传感器,并且以水和甲醇为工质,对该热式微流量传感器的工作特性进行了实验研究和数值模拟.结果表明,在50 μL/min～300μL/min的参数范围内,其工作曲线具有较好的线性测量特性,在薄膜高功率工作及采用小比热容的工作液时,传感器有更高的敏感性;结合理论分析与传热流动的数值模拟,研究了传感器的传热特性,模拟与实验吻合较好.该研究结果将为传感器设计封装的优化提供理论参考和依据.     

功率型LED热特性测试及评价

针对现有热特性测试及评价标准尚不完善的问题,以功率型发光二极管(LED)的精确热特性测试及评价为目标,采用光热一体化测试技术对不同的LED灯珠进行了热特性测试,研究了测试电流对K值标定及结温测试的影响,分析了热特性随环境温度的变化情况,提出了热性能测试及评价的合理建议。研究结果表明:测试电流对K值标定及结温测试有较大影响,测试电流的合理选取与芯片本身及功率的大小有关;材料的热导率随环境温度变化波动,对于某些高温使用环境,仅25℃的热性能参数数据并不能准确反应LED的热特性;热阻测试的准确性与光功率有关,光热一体化测试有利于得到准确的热特性数据。     

PCR生物芯片/微装置在微生物检测中应用研究

聚合酶链式反应(PCR)技术已经在分子生物学、生物化学、临床医学、遗传以及法医等领域得到广泛的应用.基于微电子机械系统技术开发而成的PCR生物芯片由于具有所需样品和反应混合物体积小、反应时间短、轻便等优点而日益受到人们的重视.介绍PCR生物芯片/微装置(包括反应池内固定扩增式和连续流动式)在微生物埃希氏大肠杆菌(E.coli)和微生物战剂检测中的应用.     

超临界二氧化碳水平管内层流混合对流换热数值模拟

为得到二次流对换热的强化作用,对恒壁温冷却工况下,超临界二氧化碳在水平微细圆管内的混合对流换热进行了数值模拟.分析了重力水平、冷壁面温度、入口雷诺数Re等参数变化时管道壁面的传热系数,管内浮升力引发的二次流、范宁摩擦系数沿管道的变化规律,引入相对二次流动能将二次流的强度定量表示出来.研究发现管内流体顶部温度高于底部,上母线传热系数远高于下母线且在超临界二氧化碳的拟临界温度附近达到峰值,二次流及范宁摩擦系数在入口区域变化最剧烈,重力加速度对管内流场产生重要影响.     

超亲水/超疏水匹配超薄热管的传热特性

超薄热管(UTHP)是解决电子器件在狭小空间内散热问题的理想工具,构造纳米结构是提升超薄热管传热性能的重要方法。本文研制了1.30mm厚的新型超薄热管,用化学的方法对吸液芯和冷凝表面进行改性处理,以实现热管中超亲水与超疏水的匹配,通过实验分析了不同充液比工况下纳米结构以及倾角对热性能的影响。结果表明:纳米结构改变了吸液芯和冷凝表面的浸润性,超亲水吸液芯具有更强的吸水能力,超疏水冷凝表面的滴状冷凝机理促进了冷凝液体回流的效率;在小充液比时,吸液芯中的纳米结构促进了沸腾换热和冷凝液体回流速度,提高了热管的临界热流密度(CHF);在大充液比时,吸液芯中的纳米结构增大了蒸汽逸出和液体流动阻力,对热性能具有负面作用;超亲水吸液芯和超疏水冷凝表面匹配的样品冷凝热阻偏大,但在任何充液比工况下,均具有最佳的CHF;倾角对热性能影响较大,当蒸发段位于冷凝段正下方时热性能最佳。     

超临界压力下CO_2在螺旋管中沿程传热的实验研究

在热流密度q=0~25 kW/m2、质量流速G=10~262 kg/(m2·s)及入口压力Pin=8~9 MPa的实验参数范围内,研究超临界压力CO2在螺旋管中上升流动的传热特性,分析质量流速、热流密度及入口压力对换热系数的影响规律。结果表明,沿程换热系数总体呈先上升后下降的趋势,极大值发生在主流平均温度小于准临界温度而壁温大于准临界温度条件下;在换热系数上升段,沿程近壁区流体比热容增加引起的单位体积流体换热能力增强以及粘度减小引起的热边界层减薄是传热强化的主要因素;当近壁区CO2发生类液态到类气态的转变时,其比热容和导热系数减小是换热系数下降的主导因素。对于物性变化剧烈的超临界流体传热,Nu数仅作为对流与导热相对大小的度量,其数值大小不能客观反映实际换热能力的强弱。