微通道内油液低雷诺数运动流动特性数值模拟

基于连续性方程和N-S方程,建立了油液在102μm量级通道中流动的数学模型,利用有限元法求得了速度的数值解,并利用CFD软件Fluent分别数值模拟了进口段效应、几何结构参数和重力效应对光滑矩形截面微通道中油液流动特性的影响。结果表明:油液在微通道横截面上的速度分布近似呈抛物线型分布,最大流速在微通道的中心轴线处;进口段效应对油液微流动的影响在通道长度较大时可以忽略;微通道内油液低雷诺数流动的阻力系数随长径比增大而减小,长径比大于75时趋于稳定,而摩擦阻力常数则随高宽比的增大而呈指数级增大;重力效应对油液的微流动可以忽略不计。     

随机粗糙微通道内部流动与传质特性

为了研究微通道壁面随机粗糙度对流体流动和传质特性的影响,采用随机排布准则构建具有典型粗糙元类型的随机粗糙微通道壁面,利用有限元方法分析壁面随机粗糙度对流速、压降、流动阻力和传质性能的影响,并给出粗糙微通道内部Poiseuille数和分子传质扩散的近似变化规律。结果表明,流体在粗糙微通道近壁面区域和主流区的流速差异较大,近壁面区域流动分离现象明显;与光滑微通道相比,粗糙微通道内部各位置的压降和Poiseuille数沿着流动方向呈近似线性增大趋势;微通道壁面粗糙度的存在可以强化流体分子的传质扩散速率,但受粗糙度类型和相对粗糙度的影响较大。     

微型泵内液体流动的现代分子动力学模型

目前已有许多微型泵在实际使用,但大多数研究只集中在微型泵的制造工艺及驱动方式上,而对其中的微流动机理很少关注,对其机理不甚清楚,也无法预测泵性能,因此,微流体动力学及其在微型泵中的应用成为一个有发展前途的研究领域,对微型泵流动机理的研究最终将实现微型泵的优化设计和性能预测。     

微尺度通道内混合物流动沸腾特性研究

对非共沸混合工质R32／R134a(25％／75％)在微尺度管内的流动沸腾换热特性进行了试验研究。试验结果表明,在较高热流密度下,微尺度管内流动沸腾换热与质量干度和质量流量基本无关,热流密度对换热有着很大的影响,在较宽的热流密度范围内,核态沸腾在换热过程中占据主导地位。和细小管道相比,在相同条件下,微尺度管道内的流动沸腾表面传热系数高于细小管道。     

阀芯微观表面对阀间隙微流动影响的研究

运用分形理论,研究阀芯微观表面的分形特征.采用Weierstrass-Mandelbrot函数对阀芯微观表面轮廓进行表征;通过结构函数与尺度符合幂律关系,说明液压阀微观表面具有分形特征.运用分形表征曲线,建立微观阀间隙二维横截面模型,使用FLUENT流体软件对具有粗糙表面阀腔间隙的流场进行数值模拟,并且与理想光滑表面的模拟结果进行对比分析.研究结果表明,粗糙的阀间隙所形成的压力降明显大于理想光滑表面所形成的压力降.对阀芯进行改进,增加环形槽.模拟结果表明,带有环形槽的阀芯既能满足粗糙度要求,又能起到比较好的密封保压作用.     

微通道中液氮的流动沸腾——换热特性分析

对微通道中液氮流动沸腾换热特性进行试验研究和分析。给出典型的沸腾曲线,分析壁温、干度和换热系数沿微通道管程的变化规律,考察热流密度、质量流量和压力对流动沸腾换热的影响。将126个试验数据点与四个换热关联式比较,并对微通道中流动沸腾换热机理进行分析。结果表明,在多数情况下干度和热流密度对沸腾换热系数的影响较小,换热系数主要决定于质量流量和压力,随两者增加而增加,换热以对流蒸发为主导机理。KLIMENKO关联式预测效果最好,TRAN微通道关联式次之,对常规管道得到广泛使用的CHEN关联式和SHAH关联式都远远高估了试验值。基于两相流压降和换热特性分析,推知微通道中的两相流流型不同于常规管道：在低干度情况下,流型以弥散泡状流为主;而在高干度情况下,流型以由雾状汽芯和不规则液膜组成的环状流为主。     

几何尺寸对矩形微通道液体流动和传热性能的影响

基于连续介质方法数值研究液体在不同几何结构微通道中的流动和传热性能。在相同热边界条件下,通过比较水力直径、通道长度和宽高比等几何参数对液体微流动的影响,得到各参数对泊肃叶数(Po)和努塞尔数(Nu)的影响关系。研究发现,截面宽高比越大,Po数越小,且雷诺数对泊肃叶数基本无影响;雷诺数(Re)小于500情况下,水力直径小于0.545 mm时,Po数随水力直径减小而减小,水力直径大于0.545 mm时,水力直径变化对Po数基本无影响;Po数不随通道长度变化而变化,但略受流动雷诺数影响;在Re=20～1 800时,Nu数正比于水力直径和宽高比,但是通道长度对Nu数的作用受流动Re数的影响;在通道材料和流动介质相同的条件下,Nu数和Re数之间的关系受通道几何参数的影响,并且拟合得到其关系式。     

多级粗糙表面对抛光液微流动影响的数值分析

由于特征线宽的进一步细微化,超大规模集成电路的进一步发展受到平坦化技术发展水平的制约.抛光液流动性能是影响平坦化加工性能和效率的重要因素之一,为增强抛光液的流动性,在抛光垫表面增加沟槽是有效的技术手段.以带沟槽抛光垫多级粗糙表面的抛光液微流动为研究对象,采用多级粗糙表面计算机模拟生成技术和计算流体动力学新方法格子Bol...     

平行板微通道内压力驱动流的流动机理

由于固-液界面双电层的作用,平行板微通道内的压力驱动流存在动电效应。平行板微通道可简化为二维截面,其截面上双电层电场和速度场的控制方程分别采用Poisson-Boltzmann方程和修正后的Navi-er-Stokes方程。应用有限元法对控制方程进行了数值求解,计算在微通道内流体的平均流速和动电效应形成的流动电势。研究表明,微通道高度和电解质溶液浓度是影响微流体流动的主要因素。动电参数越小,动电效应对微流体的影响越大,实际值偏离经典流体理论值越大;平均流速与通道两端的压力差线性相关。     

微通道内台阶阀截止过程中的毛细流动动态效应

分析了由亲/疏水性不同壁面组成的微通道内毛细流动的动态效应对台阶阀截止功能的影响和在台阶阀截止过程中毛细流动动态效应与台阶阀前微通道长度的关系.根据毛细被动阀的工作原理和能量守恒原理,得出台阶阀有效截止时,台阶阀前微通道临界长度的计算公式.通过数值仿真得到临界长度所对应的计算长度,当台阶阀前微通道实际长度大于等于计算长...     

粘弹性流体Poiseuille流动的SPH数值模拟

粘弹性流体作为非牛顿流体的一种特殊形式,其流变行为复杂,较难得到理论瞬态解析解。文中运用SPH方法,引入一种新的固壁处理方法对UCM(Upper-convected Maxwell)简单粘弹性流体模型的平板Poiseuille流进行了数值模拟,并与相关文献中其他数值结果进行了比较,验证了该方法在模拟粘弹性流体瞬态流动问题的准确性和有效性;随后对非线性SPTT(Simplified Phan-Thien-Tanner)粘弹性流体模型进行了数值模拟,分析了该流体的运动规律,并讨论了本构方程中流变参数对流动过程的影响。     

微结构与微型零件的微注射成形

设计并制作了微注射成形模具，采用光刻、离子蚀刻工艺相结合在硅片上制得了微零件型腔、流道及浇口。利用该模具在微型注射机上进行了聚丙烯微注射成形实验，注射成形了微结构零件及独立的微型零件，其中最小微结构部分是直径50μm的微圆柱，最小独立的微型零件是直径300μm、厚300μm的微圆片。分析了模具温度、注射压力及保压时间对微注射成形的影响，其中模具温度影响最大，注射压力、保压时间的影响次之。     

纳米碳对酚醛树脂碳微结构的影响

采用透射电子显微镜研究碳／酚醛烧蚀碳层中含纳米碳微粒的酚醛树脂碳微结构，结果表明：在碳分布均匀状态的树脂碳中，纳米碳微粒约50nm，为圆球形，碳粒周围的树脂碳结构均匀，属于具有一定石墨化程度的网络结构；碳微粒呈聚集态，或微粒尺寸较大时，树脂碳的微结构比较复杂。     

微结构表面上流体流动的数值模拟

根据固液界面的复合接触模式,考察了液体在光栅表面上的流动.运用二阶中心差分方法对Navier-Stokes方程进行离散求解,采用了零滑移和零剪切交错边界条件,开发了一个用于计算二维流动参数的计算系统.运用该系统对二维管道进行了模拟,得到了管道内流体的速度分布和压强分布,并计算了管道的减阻情况.计算结果与以往类似结果对比说明了系统的理论基础和实施方案的正确性;计算结果表明,流体在光滑与光栅结构表面构成的管道中的压强分布存在一定差异,光栅结构表面具有一定的减阻性能.最后,通过对不同的表面结构参数进行数值实验,得出了用于减阻衡量的关系式.     

高宽比对矩形微小通道内流动的影响

为了研究高宽比对矩形微小通道内流动的影响,选定槽道当量直径均为lmm,长度为360mm,矩形截面的高宽比分别为1/10、1/5、1/4、1/2、1、2、4、5和10的微小通道,实验测得煤油在其中的流动压降,算得其沿程的损失系数.结果发现截面高宽比小于1时,沿程流动压降随截面高宽比增大而减小,损失系数随截面高宽比增大而减小;截面高宽比大于1时,沿程流动压降随截面高宽比增大而增大,沿程损失系数随高宽比增大而增大.     

微通道中液氮的流动沸腾——两相流动压降分析

对液氮在直径为0.531 mm,加热长度为250mm的圆管中的流动沸腾压降和传热特性进行研究.作为第一部分,主要对微通道中液氮的两相流动压降进行试验研究与分析.结果表明:在核态沸腾起始时,质量流量迅速降低,而压降突然增大,并伴随着明显的温度滞后,幅度约为4.0～5.0 K.由于压降很大,在微通道内液氮的两相流动中会出现闪蒸,从而对质量干度产生重要影响.最后,利用均相模型和三个两相流动模型(L-M模型,Chisholm B系数模型和Friedel模型)对微通道沿程压降进行分析和比较.不同于常规通道的是,均相模型可以很好地预测压降试验结果,而三个两相流动模型的预测偏差较大,这是由于在微小通道中的高速流动情况下,汽相和液相混合比较均匀;同时液氮的液汽密度比很小,这也有利于均相模型的预测.     

CO2在微通道内高速流动特性的研究

随着科技水平的提高，微尺度流动和传热研究在电子器件研究领域具有广阔的工程应用背景。采用理论计算的方法对CO₂气体高速通过矩形微通道制冷器的流动特性进行研究。微通道进口处CO₂气体根据压力分为5个不同工况，入口温度均为14℃,在绝热流动与非绝热流动的假设下，选取适当的摩擦因数关联式对上述工况进行理论计算。将微通道分段后估计第1管段的出口流体密度，由关联式可计算得到出口压力与比焓，根据热物性表查得新的出口流体密度并将其与估值进行对比，误差过大时重新估值。对第2管段重复上述计算即可得到其出口参数，以此类推得到所有管段出口流动参数。用同样的方法将相关实验的流动参数代入理论计算，与实验测得数据进行对比分析。结果表明：理论计算结果与实验数据十分吻合，质量流量相同时，进口压力越小，温降越大。     

微通道内单相及气液两相流动换热数值模拟研究进展综述

随着科技的发展,微电子设备的散热量越来越大,传统换热器将难以满足其散热需求。微通道散热是一种新型的高效换热技术,其结构紧凑、换热性能突出、运行安全可靠的特点引起国内外学术界和工业界的广泛关注。试验技术存在对换热装置加工工艺和测量仪器精度的高要求,成本高、准备周期长;数值模拟技术成本低、计算周期短,探索微通道内单相和气液两相流动换热特性更为便捷,其优势也日益突显。详细介绍了针对微通道换热器的传热流动数值模拟研究方法,对比分析了包含LBM模拟方法和VOF气液两相流模型在内的典型数值方法,并总结了数值模拟在微通道单相换热特性、气液两相换热特性和临界热流密度方面的研究进展。     

矩形微通道截面高宽比对流动压降的影响

利用Fluent流体计算软件,对采用水作为介质,硅为材料的矩形微通道在质量流速为0.03～0.45 g/s,雷诺数在100～1100,矩形截面高宽比在0.10～10之间的层流流动进行了数值模拟研究,并对结果进行分析比较,得出了矩形截面高宽比与微通道层流流动压降之间的关系以其数学表达式.