微通道論文：微通道內(nèi)液體流動和換熱特性的數(shù)值模擬研究

微通道論文：微通道內(nèi)液體流動和換熱特性的數(shù)值模擬研究【中文摘要】隨著微型化逐漸成為科學研究和工程應用的一個重要趨勢,其中涉及的微尺度通道內(nèi)的流動問題越來越被重視。各種微元器件在生物、醫(yī)藥、航天、機械以及電子等各個領(lǐng)域廣泛應用,微通道內(nèi)液體的流動摩擦阻力和傳熱系數(shù)等的大小將直接影響微通道性能,進而影響微元器件的工作性能,但是微通道內(nèi)流動和換熱等方面仍缺乏成熟的理論和可靠的實驗。本文的工作旨在將微尺度液體流動通過數(shù)值模擬的方法展現(xiàn)出來,分別對微通道內(nèi)流動和傳熱特性等進行有效的預測,以指導和優(yōu)化不同功能微通道的設計,加深和拓寬微尺度流動在工程領(lǐng)域的應用?；谶B續(xù)介質(zhì)方法數(shù)值模擬了液體在不同結(jié)構(gòu)微通道內(nèi)的流動狀況,從截面形狀、當量直徑、壁面粗糙度和微通道長度等方面對通道內(nèi)液體流動的摩擦系數(shù)和泊肅葉數(shù)的變化進行了分析,并將模擬結(jié)果與相同模型的實驗結(jié)果和宏觀流動中的經(jīng)驗理論相比較。通過摩擦系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化曲線得到微通道內(nèi)流動的轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)或者過渡狀態(tài)存在的雷諾數(shù)范圍,微尺度通道的截面直徑會改變過渡狀態(tài)存在的雷諾數(shù)范圍;粗糙度會影響湍流狀態(tài)下流動的摩擦系數(shù)。對比不同幾何尺寸下的流動泊肅葉數(shù),存在某一臨界當量直徑以及臨界寬高比,當量直徑或?qū)捀弑却笥谂R界值時其對泊肅葉數(shù)沒有影響。...【英文摘要】Withtheminiaturizationhasbeengraduallypopularintheinvestigationandapplication,themicroflowinvolvedisalsobeenputonanimportantposition.Theflowandheattransferpropertiesoftheliquidflowinmicrochannelsaffecttheperformanceofmicrochannelsdirectlyandthentheperformanceofthemicrodevices.Themicrodevicesarewidelyusedinthebiology,medicine,aerospace,mechanicalandmanyotherfields,whilethereliabletheoryandexperimentareshortintheflowandheattransferof...【關(guān)鍵詞】微通道數(shù)值模擬幾何尺寸邊界滑移【英文關(guān)鍵詞】microchannelnumericalSimulationgeometrycharactersboundaryslip【目錄】微通道內(nèi)液體流動和換熱特性的數(shù)值模擬研究摘要4-5AbStract5-6第1章緒論9-171.1引言9-101.2微通道內(nèi)液體流動的研究歷史與現(xiàn)狀10-151.2.1微通道幾何構(gòu)型對傳熱傳質(zhì)的影響10-121.2.2微通道表面性質(zhì)對傳熱傳質(zhì)的影響12-141.2.3流動介質(zhì)的性質(zhì)對傳熱傳質(zhì)的影響14-151.3本課題的主要研究內(nèi)容15-17第2章微尺度流動的基本理論及模擬方法17-272.1引言172.2微尺度液體流動的特性17-192.2.1尺度效應17-182.2.2邊界滑移18-192.2.3動電效應192.2.4液體黏性192.3微尺度液體流動的主要模擬方法19-242.3.1連續(xù)介質(zhì)方法20-222.3.2分子動力學方法22-242.4CFD-ACE+軟件簡介242.5本章小結(jié)24-27第3章不同結(jié)構(gòu)微通道內(nèi)液體流動性能的數(shù)值模擬27-433.1引言273.2計算模型27-293.3微通道內(nèi)的液體流動狀態(tài)29-333.4雷諾數(shù)和微通道性質(zhì)對流動摩擦系數(shù)的影響33-393.4.1雷諾數(shù)對流動摩擦系數(shù)的影響33-363.4.2微通道性質(zhì)對流動摩擦系數(shù)的影響36-393.5幾何結(jié)構(gòu)對流動泊肅葉數(shù)的影響39-413.6小結(jié)41-43第4章矩形截面微通道內(nèi)液體傳熱性能的數(shù)值模擬43-554.1引言434.2計算模型與驗證454.2.1計算模型43-444.2.2模型驗證454.3微通道幾何參數(shù)對液體傳熱性能的影響494.3.1影響傳熱性能的幾何參數(shù)的確定464.3.2微通道幾何參數(shù)對努塞爾數(shù)的影響494.4微通道各參數(shù)與傳熱努塞爾數(shù)的關(guān)系擬合49-534.4.1Nu與Re間的關(guān)系方程擬合49-514.4.2Nu-Re方程系數(shù)的擬合51-524.4.3擬合方程驗證52-534.5小結(jié)53-55第5章考慮邊界滑移和液體溫黏關(guān)系的微尺度流動55-715.1引言555.2邊界滑移對液體微流動的影響55-635.2.1計算模型55-585.2.2數(shù)值模擬結(jié)果分析58-635.3液體溫黏關(guān)系對液體微流動的影響63-695.3.1計算模型63