脉管内粗糙度对气体热动力特性影响研究

脉管制冷机在很多领域应用广泛,但脉管内部气体热动力特性的影响因素缺乏研究。采用分子动力学的方法,建立三种不同类型的通道,模拟脉管内部气体流动的热动力过程,研究壁面粗糙度、通道形状对脉管内气体流动温度场的影响。结果表明:粗糙元高度增加时,壁面摩擦导致的热量使得温度提高;通道形状导致的摩擦也会使得温度场温度上升,两者均不利于脉管的冷端制冷。粗糙元对冷端温度的影响比通道形状更加突显。系统压力也会影响冷端温度,随着系统压力的升高,冷端温度下降。     

液氦温区微小漏孔流动特性研究

低温环境下系统器件的密封性能至关重要,对于低温密封研究,了解低温下微小漏孔泄漏的流动特性很有必要.本文构建了具有随机粗糙度壁面的二维微通道,应用仿真软件研究液氦温区漏孔微通道内气流的流动特性,计算分析通道内各物理量的分布和变化.结果 表明随机粗糙度壁面对速度分布的扰动在近壁面影响最大,随着远离壁面的方向减小,对中心区域...     

壁面粗糙度及弯曲纳米通道对气体流动特性影响的分子动力学研究

近年来,纳米通道技术发展迅速,纳米通道内流体流动规律越来越受重视。本文运用分子动力学模拟方法,对Ar原子在弯曲纳米通道和粗糙纳米通道内的流动特性进行了研究。研究结果表明,温度、压力、纳米通道的种类和粗糙度都对纳米通道内的流通量和流通速率产生影响。升高温度或者升高压力都会使纳米通道内的流通量和流通速率上升,但温度对流通量和流通速率影响较小。在粗糙纳米通道中,增大粗糙元高度或者减小粗糙元间距会使流通量和流通速率下降。     

纳米尺度Poiseuille流动中气体黏度的分子动力学研究

受壁面作用和稀薄效应等的影响,微纳尺度通道内的气体流动有别于宏观流动现象.采用分子动力学方法,研究纳米通道中气体的Poiseuille流动,主要对通道内气体黏度特性进行了分析.利用牛顿粘性定律,定义了气体的当地等效黏度.根据模拟结果,可将纳米通道内气体划分为中心区和近壁区两个部分,中心区气体当地黏度与宏观黏度一致,但是在近壁面区,气体受到壁面原子的作用,气体的当地黏度小于宏观黏度值.研究发现:1)不同的气体密度、流固作用势能以及温度下,通道中心区域的气体当地等效黏度均符合对应温度和压强条件下的气体宏观实测黏度值;2)在纳米尺度气体流动中,气体密度越小,稀薄程度越高,气体偏离热力学平衡态越远,所以壁面对气体等效黏度的影响随密度的减少而增大,壁面影响厚度也随之增大;3)气体黏度的壁面影响厚度在10 nm量级,该厚度不随温度和流固作用势能的变化而变化,但是密度越小,壁面影响厚度越大.     

微注塑成型流动中熔体壁面滑移的研究

基于宏观熔体流动的基本理论及其流动过程中壁面滑移机理的分析,针对微注塑成型模具中熔体充模流动时的壁面滑移行为,建立了微小通道中高聚物熔体流动的壁面滑移理论模型。并用数值模拟方法,对不同滑移系数时微小通道中熔体的壁面滑移对流动速度、熔体压力等的影响进行了研究。结果表明,微小通道中的壁面滑移可使壁面处熔体的流动速度增加,压力损失减小,有利于熔体的充模流动。     

亲/疏水纳米结构表面微通道内流体的流动行为

在毛细管微通道内壁沉积二氧化硅微球并加以亲/疏水改性,以此来构建亲/疏水纳米结构表面微通道,考察了一定粘度的羧甲基纤维素钠水溶液在光滑亲/疏水微通道和粗糙亲/疏水微通道中的流动行为。结果表明,保持压力恒定,光滑毛细管(基材)中的液体流量随着粘度和管长的增加而减小;粘度一定,压力增加,无论壁面光滑或粗糙,疏水管中的流量均大于亲水管,且粗糙管中疏水/亲水流量斜率比大于光滑管;在低压时亲水管流量大于疏水管,而高压时恰好相反。采用滑移理论和牛顿运动定律对上述现象进行了解释,本研究以期为合理地操控微通道内的流体流动提供有价值的指导。     

不同压力差下微通道尺寸和表面粗糙度对摩擦系数的影响

该文数值模拟液体在圆形和梯形截面微通道内的流动,分析了层流和湍流下液体在微圆管内的流动状态。着重研究不同压力差、微通道尺寸和表面粗糙度下,液体在微通道内的流动摩擦系数,并通过摩擦系数随雷诺数的变化曲线推断微通道流动转捩的雷诺数范围。研究表明:微通道中流动的摩擦系数随雷诺数的增大逐渐减小;通道截面的当量直径会改变过渡状态存在的雷诺数范围;粗糙度会影响湍流状态下流动的摩擦系数,相同雷诺数下,粗糙度越大,摩擦系数越大。     

粗糙度对微流道内流体连续自搬运的影响

微流控芯片中各功能单元间样品的运输依赖于流体在微通道中的流动,尺度效应加剧表面作用效果,使得微流道内流体无需外部动力即可实现连续铺展搬运。为了深入研究微流道内流体的流动机制和动力学特性,分析影响微流道内流体自搬运效率的因素,基于近似Derjaguin法的同时充分考虑表面能和Casimir效应,利用数值计算和实验相结合的方法分析了微流道内壁粗糙度对流体流动特性和自搬运效率的影响,明确了微流道内流体的本构方程和流动控制方程,并设计搭建实验台验证所得结果的有效性和可靠性。结果表明：内壁粗糙度是影响微流道内流体流动特性和连续自搬运效率的重要因素;当粗糙度等效齿数、等效齿高和等效齿倾角变化时,微流道内近壁面齿隙间的主漩涡和伴生涡都相应改变,导致流体自搬运效率发生相应变化。研究结果对解决微流控润滑和微流控芯片减阻防粘等设计和使用问题具有重要理论指导意义,对微电子机械系统的小型化和集成化设计具有一定的参考价值。     

竖直矩形窄通道内水流动沸腾起始点及壁面温度实验研究

建立单面加热垂直矩形窄通道流动沸腾换热实验装置,针对截面250 mm×3.5 mm的窄缝通道,对水流动沸腾换热特性进行实验研究。通过实验分析可知:(1)饱和沸腾起始点是核态沸腾的开始,以此为分界,窄通道内的换热特性截然不同。影响沸腾起始点的因素主要有3种:热流密度、质量流量及入口温度。(2)流体从单相流、过冷沸腾和饱和沸腾转变,其壁面温度变化也各不相同。流体处于单相流时,壁面温度沿流动方向呈线性增加;流体处于过冷沸腾阶段时,过冷沸腾对壁面温度的影响不大,壁面温差很小,可近似认为此阶段为等壁温换热过程。流体进入饱和沸腾(饱和核态沸腾和流动沸腾),壁温存在最大值。     

颗粒在斜槽中流动的实验研究

用示踪颗粒法对细玻璃球在斜槽中的低速流动进行了实验研究。结果发现 ,颗粒的流动行为与斜槽表面特征密切相关 ,对光滑表面存在明显的壁面滑移 ,而对粗糙壁面 ,在低速流情况下不存在滑移。实验测量了不同条件下的速度分布和流层厚度 ,并分析了斜槽倾角、流率及壁面状况对流动的影响     

数值模拟大气边界层中解决壁面函数问题的方法研究

在雷诺平均N-S方程湍流模型框架内,壁面函数常用来模型化壁面附近的低雷诺数流动。探讨基于标准湍流模型数值模拟大气边界层中出现的壁面函数问题。在已有标准壁面函数基础上,通过增加一个附加项来模型化地表上面建筑结构等粗糙元由于大小不一、错乱分布对地表附近空气流动产生的附加影响。通过模拟缩尺比为1∶300的具有较大空气动力学粗糙长度的中性大气边界层,以及缩尺比为1∶50的TTU低矮建筑模型在中性大气边界层内的绕流,对附加项的有效性和使用场合进行评估和说明。结果表明:附加项对于解决壁面函数问题,即在计算域内保持来流边界条件是必要的。     

数值模拟大气边界层中解决壁面函数问题方法研究

在雷诺平均N-S方程湍流模型框架内,壁面函数常用来模型化壁面附近的低雷诺数流动。探讨基于标准湍流模型数值模拟大气边界层中出现的壁面函数问题。在已有标准壁面函数基础上,通过增加一个附加项来模型化地表上面建筑结构等粗糙元由于大小不一、错乱分布对地表附近空气流动产生的附加影响。通过模拟缩尺比为1∶300的具有较大空气动力学粗糙长度的中性大气边界层,以及缩尺比为1∶50的TTU低矮建筑模型在中性大气边界层内的绕流,对附加项的有效性和使用场合进行评估和说明。结果表明:附加项对于解决壁面函数问题,即在计算域内保持来流边界条件是必要的。     

横置正弦型凹穴微通道中超临界LNG流动传热特性研究

为强化印刷电路板式换热器(PCHE)中超临界LNG强化换热特性,基于处理表面强化换热技术,提出一种正弦型凹穴矩阵微通道模型,并对超临界LNG在其内部流动换热特性进行数值模拟研究。研究了不同凹穴结构阵列微通道流动换热性能和入口质量流量、正弦型凹穴高度和重力对范宁摩阻系数、对流传热系数及综合换热评价因子的影响,最后引入壁面平均涡强对正弦型凹穴局部流动与换热机理分析。结果表明:正弦型凹穴能够强化超临界LNG换热特性,换热效果与入口质量流速成正比,且环向横置阵列优于环向竖置阵列;凹穴高度增加,微通道中流动传热系数也随之增大;通过对比施加不同方向的重力对通道的流动换热影响,施加逆流方向的重力可以强化正弦型凹穴微通道的流动换热特性;结合综合换热评价因子分析,正弦型凹穴能够显著强化通道流动换热性能,并且凹穴高度0.2 mm阵列微通道换热性能最佳;通过壁面平均涡强分析正弦型凹穴通道局部流动换热机理,其能够产生强力漩涡使边界层变薄,对主流区域恶化程度低,能够加速热量由壁面向主流区传递,实现微通道表面强化换热。     

纳米尺度通道中气体粘度的分子动力学模拟

利用非平衡分子动力学方法模拟了气体在纳米尺度通道中的运动特性,统计获得通道中流动的速度剖面和剪切应力分布,并利用牛顿粘性定律首次获得了纳米尺度通道中的等效粘度分布。结果表明,纳米尺度通道中的粘度不是一个常数。在壁面附近,由于壁面原子和气体分子的相互作用,存在壁面效应,气体的粘度较小;而通道中心区域的粘度与实验结果符合较好,壁面对粘度的影响范围为20 nm左右。通道高度对中心区域粘度的影响很小,而温度对其的影响较大,粘度值随温度的增加而增大。不同通道高度下,壁面附近粘度的分布几乎一致;不同温度时,壁面附近粘度的分布随温度的增加而增加。     

微注塑成型充模流动中的表面张力EI北大核心

微尺度通道中的高聚物熔体流动行为与宏观熔体流动有许多不同。基于对微注塑成型中的熔体充模流动特性的理论分析,建立了微小通道中熔体流动的表面张力模型,并以不同的表面张力系数和不同接触角,对矩形微通道中的熔体流动速度分布进行了数值模拟。结果表明,接触角小于90°时,熔体在通道壁面附近具有最大速度;接触角大于90°时,熔体在壁面处具有最大速度。无表面张力时,熔体填充流动所需时间明显长于有表面张力时的填充时间,即表面张力对微小通道中的熔体流动具有促进作用。     

微注塑成型充模流动中的表面张力

微尺度通道中的高聚物熔体流动行为与宏观熔体流动有许多不同。基于对微注塑成型中的熔体充模流动特性的理论分析,建立了微小通道中熔体流动的表面张力模型,并以不同的表面张力系数和不同接触角,对矩形微通道中的熔体流动速度分布进行了数值模拟。结果表明,接触角小于90°时,熔体在通道壁面附近具有最大速度;接触角大于90°时,熔体在壁面处具有最大速度。无表面张力时,熔体填充流动所需时间明显长于有表面张力时的填充时间,即表面张力对微小通道中的熔体流动具有促进作用。     

烟气轮机内催化剂颗粒碰撞模型研究进展

针对烟气轮机叶片严重结垢的问题,总结了颗粒与光滑壁面和粗糙壁面的碰撞模型研究进展、颗粒的沉积模型。并根据烟机的结垢过程,将催化剂颗粒与烟机叶片的碰撞分为3种情况,即颗粒与有涂层壁面的碰撞、颗粒与质点壁碰撞、颗粒与结垢壁面碰撞。通过对这些模型的总结发现:当颗粒与粗糙壁面碰撞时,正弦模型将粗糙度看作均匀分布,虚拟壁模型只适用于入射角小于7°的情况,将粗糙度角按照正态分布处理,结果最为理想;对于颗粒与烟机叶片的碰撞中,前2种碰撞可以找到合适的碰撞模型,颗粒与结垢壁面的碰撞仍有待深入研究。     

粗糙管道流动问题的非线性伽辽金有限元计算

粗糙管道中的流动问题在工程中是随处可见的。由于“粗糙”这一复杂条件使管道内的流动也呈现复杂状况。多年来，许多学者都致力于如何能更好地对粗糙管道中的流动问题做数值计算。本文采用非线性Ｇａｌｅｒｋｉｎ有了限元方法来摸拟粗糙管道中的不可压粘性流动，为减少计算量，同时还使用加罚方法，完成了大量不同粗糙度和在不同Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数情况下的数值试验，计算结果与理论分析相吻合。     

微通道正弦型底面结构对局部流动和传热特性的影响

为研究微通道的正弦型底面结构对流动和传热性能的影响,设计了5种正弦型底面结构的微通道,并采用数值模拟方法研究其在不同雷诺数下通道内局部流动情况和传热性能。结果表明,正弦型微通道内存在二次流;正弦型微通道内局部压力、泊肃叶数、壁面温度和努塞尔数沿着流动方向都出现波动的趋势,但后两者较平缓。在所研究的雷诺数范围(230～1 060)内,正弦型微通道平均泊肃叶数随着雷诺数增大而增大;部分正弦型结构微通道在雷诺数不大于600时,平均努塞尔数略低于光滑通道,说明传热效果有所降低;在雷诺数大于600时,所有正弦型通道的平均努塞尔数大于光滑通道,表明传热效果较好。     

动力系统非连续单一叠加结构界面变形与能量损耗特性

振动与其能量通过多层叠加结构的非连续界面的传递机理和损耗特性是一项研究较少的难题,考虑其结构界面粗糙度影响的更少.通过建立"单层绝对光滑金属板一刚性平面"和"单层粗糙金属板一刚性平面"的单界面模型,采用有限元方法,对加载与卸载过程中,具有不同界面形态、不同塑性材料特性和界面摩擦的单层模型界面的接触力和变形进行计算,研究了单一界面上的接触力一变形关系,以及由塑性变形与界面摩擦引起的能量损耗特性,获得描述单一界面能量损耗与接触变形的关系表达式.为研究振动和能量在多层叠加结构的非连续粗糙多界面上的传递机理和损耗特性提供了基础.