正弦波纹挡板式沉降器内流动特性

采用VOF模型对正弦波纹式入口挡板的重力非均相沉降器内流场进行数值模拟研究。对比了正弦波纹挡板与平挡板的平均流场分布情况,分析了沉降器的轴向流速均一程度(λ₁)随时间演化特性,探究了λ₁和面积加权平均湍流强度(I_a)在沉降器内空间分布特性;引入流场均稳指标USC,研究了冲击间距(L_b/D)对USC的影响。结果表明:正弦波纹挡板作为入口构件可以有效降低返混。在0.84b/D减小,平挡板沉降器内流场的λ₁基本不变,但正弦波纹挡板沉降器内流场的λ₁降低,且对I_a的影响不明显。对比平挡板,正弦波纹挡板可以有效降低轴向速度的梯度,使返混区面积减小,流场稳定性提高。随着L_b/D增加,USC值呈现多峰值趋势,L_b/D=2.17时正弦波纹板沉降器的USC取得极大值为14.68,较平挡板提高了...     

微槽道内单相流动阻力与传热特性

对去离子水在微槽道中的单相流动阻力和传热特性进行了实验研究.结果表明,微槽道中的流动阻力特性及传热特性与常规尺度通道相比存在明显的差异,实验的fRe值高于传统理论预测值,并且随Reynolds数的增加而增大,而传热系数则明显小于传统理论预测值,分析表明微槽道的表面粗糙度对流动和传热有重要的影响.在热阻相同的情况下,提高工质的入口温度或增加热流通量,可减小实验段的压降.同时给出了层流区的流动阻力计算关系式.     

纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性

对去离子水及体积分数分别为0.15%和0.26%的水基γ-Al₂O₃纳米流体在当量直径为194.5 μm的硅基梯形芯片微通道内的层流流动和换热特性进行了实验研究。考察了Reynolds数、Prandtl数以及体积分数对流动换热的影响。结果发现,使用纳米流体后,压降无明显增加,纳米流体的流动阻力特性与去离子水基本相同;对流换热Nusselt数较去离子水有明显提高,且随着体积分数的增加而增加;相同泵功下换热热阻显著下降。实验还发现纳米流体的强化传热效果在较高温度时更加明显。根据实验数据得到了梯形硅微通道内低浓度纳米流体的层流对流换热关联式。研究结果对于集成高效芯片散热系统设计具有重要意义。     

水/乙醇混合工质在硅基微通道中的流动与换热

以不同浓度的乙醇水溶液为工质,在5种不同几何尺寸的梯形硅基微通道中进行了层流流动与换热的实验研究。基于实验结果,分别得出了摩擦常数和平均Nusselt数的实验关联式。实验发现微通道的几何尺寸对微流体的流动与换热特性有着非常显著的影响,各通道中的换热随乙醇溶液浓度的变化而呈现不同的特性,而流动特性则不随溶液浓度的变化而变化。同时还发现在本实验参数范围内,入口段效应对流动与换热的影响都十分显著。     

非共沸混合物微通道内流动沸腾特性

引言 近30年来,工程技术的发展正朝微型化迈进,微型结构冷却技术在微电子、航天航空、生物医药和微型换热器等高新技术领域得到越来越多应用,由于沸腾换热是一种高强度的换热方式,微型通道内的流动沸腾换热特征的研究变得越来越重要.     

棒束通道内自然循环流动阻力特性

在自然循环条件下,进行了棒束通道内的流动阻力特性实验研究。结果表明,棒束通道内的流动摩擦阻力系数小于Cheng&Todreas关系式的预测值,且转捩现象不如圆管明显,转捩点Reynolds数为800左右。根据实验结果拟合了层流区的摩擦阻力系数计算关系式,该关系式仍然符合圆管中层流摩擦阻力系数的计算形式。另外,棒束通道的流动在自然循环条件下仍具有宽广的过渡区。通过实验还发现,加热段的热通量会影响棒束通道的摩擦阻力,摩擦阻力系数随热通量的增大而减小,并根据实验结果提出了不同热通量下摩擦阻力系数的黏度修正计算式。棒束定位格架的局部阻力没有明显的转捩现象,并根据局部阻力系数的变化规律拟合了Re < 1500和Re > 2000时的局部阻力系数计算关系式。     

微型硅基内肋管内的流动与换热特性

目前内肋管强化换热研究大多基于铜、铝或者不锈钢等常规材质,其加工精度和加工尺寸均受到限制。本文采用MEMS工艺首次在硅片上制作成带有方形内肋的平行硅基微通道,并对其内部流动和换热特性进行了实验研究,结果表明：在通道深度和宽度相同的情况下,肋高和肋间距对工质在通道内的流动阻力和换热特性有显著的影响;微通道内加肋以后,通道内的流动阻力和换热性能有不同程度的增加,且提高程度与肋高和肋间距有关;通过合理的设计肋高和肋间距,可以起到明显的强化换热作用。结果还显示,进口段效应对硅基微通道内的流动和换热影响较为显著。     

不同截面形状微肋片内流动阻力特性

以去离子水为工质,实验研究了横截面形状为圆形、椭圆及菱形的叉排微肋片组成的流道内的流动阻力特性。结果表明,3种形状肋片流道内压降随流量增大而增大。受微/小尺度下层流边界层的影响,流量较低时微肋形状对流动影响较弱,椭圆形肋片与菱形肋片内压降几乎相同,而圆形截面肋片内由于流动距离较长导致流动阻力最大;当流量较大时,椭圆形肋片内压降最小。Re较小时,长短轴一致的菱形肋片内的流动阻力系数f比椭圆形肋片略低,但在Re较高时,椭圆形肋片内的f值仍然最低。研究还表明,在现有各种关联式中,只有菱形微肋片关联计算值与本实验值较吻合。     

铜基正弦波微通道内流动沸腾传热特性试验研究

基于超快激光技术加工铜基正弦波弯曲型微通道,以去离子水为流动工质,在不同质量流量和热通量条件下,对弯曲型微通道内流动沸腾特性进行试验研究。基于温度/压力数据和流动可视化结果,发现通道传热系数随出口干度增大,呈迅速增大后减小并趋于稳定趋势,正弦波微通道相较直微通道具有更好的换热性能,传热系数最大提高127.7%,压降仅增加14.4%。波状通道结构能明显抑制流动沸腾中不稳定现象发生。通过可视化试验发现,随热通量增大,流型经历泡状流-弹状流-环状流的转变,换热主导机制由核态沸腾逐渐过渡到薄液膜蒸发。     

不同截面形状微肋片内流动阻力特性

以去离子水为工质,实验研究了横截面形状为圆形、椭圆及菱形的叉排微肋片组成的流道内的流动阻力特性。结果表明,3种形状肋片流道内压降随流量增大而增大。受微/小尺度下层流边界层的影响,流量较低时微肋形状对流动影响较弱,椭圆形肋片与菱形肋片内压降几乎相同,而圆形截面肋片内由于流动距离较长导致流动阻力最大;当流量较大时,椭圆形肋片内压降最小。Re较小时,长短轴一致的菱形肋片内的流动阻力系数f比椭圆形肋片略低,但在Re较高时,椭圆形肋片内的f值仍然最低。研究还表明,在现有各种关联式中,只有菱形微肋片关联计算值与本实验值较吻合。     

Oil–water two‐phase flow in microchannels: Flow patterns and pressure drop measurements

This paper investigates oil–water two‐phase flows in microchannels of 793 and 667 µm hydraulic diameters made of quartz and glass, respectively. By injecting one fluid at a constant flow rate and the second at variable flow rate, different flow patterns were identified and mapped and the corresponding two‐phase pressure drops were measured. Measurements of the pressure drops were interpreted using the homogeneous and Lockhart–Martinelli models developed for two‐phase flows in pipes. The results show similarity to both liquid–liquid flow in pipes and to gas–liquid flow in microchannels. We find a strong dependence of pressure drop on flow rates, microchannel material, and the first fluid injected into the microchannel.     

微通道内汽液二相流压力降研究

以氮气为气相介质,以不同表面张力的液体(纯水、质量分数0.01%SDS溶液、乙醇)为液相介质,对矩形微通道(500μm×500μm)内气液二相流压力降进行可视化实验研究。实验数据表明:二相流流型对压力降的影响占主导地位,二相流压力降随着液体表面张力的增加而减小。二相摩擦压力梯度的测量数据与分相模型,匀相流模型理论预测值进行对比,平均偏差分别为34.3%和19.6%,预测效果不佳。通过对Chisholm关系式进行修正,得出新的预测模型,平均偏差为13.7%。结果表明:修正后的压降模型能较好地预测弹状流,弹状环状流和环状流实验结果。     

微通道反应器内气液二相流压降的研究

以氮气和去离子水为研究体系,采用混合均质模型,在内径分别为900μm和500μm的圆形微通道中针对微通道反应器内气液二相流的压降进行研究。分析了黏度、气液表观速度等因素对微通道反应器中气液二相摩擦压降的影响。结果表明:均相流模型与分相流模型在微通道反应器内适用性均有限;采用Mc Adams黏度公式对微通道内的压降进行理论计算,其结果与实际测量所得压降值吻合良好;微通道反应器中的气液二相摩擦压降随气液二相表观速度的增大而增大;将实验结果与分相流模型的预测值进行比较,分相流模型中Lockhart-Martinelli关系式不能很好地预测微通道中气液二相流的摩擦压降。     

开孔折流板流动阻力特性

为了开发研制新型高效换热设备,针对新提出的一种开孔折流板强化传热方式,对流动和传热状况进行了实验研究。设计和建立了一套流动阻力特性试验装置,对流体流经交错布置多个开孔折流板的矩形通道时的阻力特性进行了测试。通过所引入的参数f/f0比较了折流板开孔与不开孔情况下阻力系数的变化特点。实验结果发现:折流板开孔后的阻力系数变化趋势基本相同;对于开孔密度分别为0.42%、1.41%和2.51%的折流板,在一定的Re数范围内其阻力系数将大于未开孔折流板。其余折流板的f/f0均小于1,且开孔密度越大,阻力系数减小的程度越高。Re数等于3000左右f/f0出现极大值。综合比较传热实验结果发现,设置开孔折流板是一种有效的传热强化措施。     

微通道内液-液多相流数值模拟研究进展

液滴微流控技术在化学化工、生物医学等领域具有良好的应用前景,而微通道内的液-液多相流动则是液滴微流控技术中最常见的流动现象,深入研究其机理及其内在规律对相关装置与过程的优化设计具有重要的指导意义。本文系统地综述了研究微通道液-液多相流常用数值研究方法,回顾了连续力学方法与介观动理学方法的研究进展,详细介绍了界面追踪方法与界面捕捉方法的特点以及常用模型,讨论了多种模型的应用情况,论述并对比了不同模型的优势与限制。为进一步开展微通道液-液多相流行为规律及其内在机理的研究提供有益借鉴。微通道内多相流动涉及多种流体与界面的相互耦合,应进一步深入研究在模型简化的基础上实现更精确的界面与流体动力学行为描述。     

微通道内气-液传质研究

以CO₂-H₂O为模型体系，实验考察了当量直径为667 μm的单通道和16个并行通道内的气-液传质行为.实验发现，液体表观速度增加，单通道内液侧体积传质系数明显提高;同一液体表观速度下，液侧体积传质系数随气体表观速度增加而增加;在实验数据基础上关联了液侧体积传质系数与气-液两相流参数间的关系.微通道内的液侧体积传质系数较常规尺度气-液接触设备至少高1～2个数量级.并讨论了并行微通道内气-液两相流分配特性对整体传质性能的影响，表明合理设计气、液流动分布结构，可保证微通道内优异的传质特性.