微管內(nèi)工質(zhì)流動阻力特性的實驗研究.pdf

1、近二十年來，隨著微型裝置和微型系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于傳熱傳質(zhì)之中，微通道內(nèi)流動與換熱特性的機(jī)理研究成為十分重要的課題。迄今為止，大量的實驗及分析結(jié)果表明微細(xì)通道內(nèi)流動和換熱與常規(guī)尺度通道的結(jié)果不同，具有明顯的尺度效應(yīng)，而且不同研究者實驗得到的結(jié)果大相徑庭，甚至相互矛盾。本文以揭示微細(xì)通道內(nèi)流動的機(jī)理為目的，重點研究微管內(nèi)壁面粗糙度對流體流動阻力特性的影響，并對微細(xì)通道內(nèi)流體的單相流動進(jìn)行了初步的實驗研究和理論分析。 首先，本文針對微細(xì)

2、通道流動的實驗需要，搭建了微管內(nèi)流動阻力特性研究的實驗臺，對實驗臺進(jìn)行了校核實驗：在室溫和大氣壓條件下，利用所搭建的實驗臺測量蒸餾水流過345μm不銹鋼微管內(nèi)的摩擦阻力特性；并將所得的實驗數(shù)據(jù)與經(jīng)典關(guān)聯(lián)式的計算值進(jìn)行了比較，初步驗證了實驗臺的可行性。 其次，以蒸餾水為實驗工質(zhì)，對水力直徑為345μm、長度分別為33.4、36、54和95mm的四根不銹鋼微圓管內(nèi)流動阻力特性做了細(xì)致的實驗研究，將實驗結(jié)果與常規(guī)尺度下微管的流動阻力特

3、性進(jìn)行了對比，結(jié)果表明所有規(guī)格的微管都沒有出現(xiàn)層流到過渡轉(zhuǎn)捩的提前，轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)范圍為2000-2300；同時發(fā)現(xiàn)，長度最小的微管內(nèi)流體的流動阻力系數(shù)偏大于層流區(qū)的流動阻力系數(shù)，這有可能是由于微管的入口效應(yīng)與相對粗糙度共同作用的結(jié)果。 最后，本研究以蒸餾水、無水乙醇和R113為實驗工質(zhì)，對水力直徑為96.55μm～297.14μm、高寬比為0.42～0.90、內(nèi)壁面粗糙度為0.88％～2.03％、Re范圍為19～10000的九根紫

4、銅矩形微通道內(nèi)的流動阻力特性進(jìn)行了實驗研究；實驗著重分析了矩形微通道內(nèi)工質(zhì)的極性以及水力直徑、高寬比、壁面粗糙度對流動的影響，并證明了矩形微通道內(nèi)流體的流動阻力特性不僅與水力直徑、高寬比、粗糙度等有重要關(guān)系，而且與微通道不同的加工方法以及數(shù)據(jù)處理方式所引入的尺度誤差對實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性也有重要影響。實驗測量得到了矩形微管內(nèi)層流、過渡和湍流區(qū)的流動阻力特性并比較了其與傳統(tǒng)理論預(yù)測值的關(guān)系。結(jié)果表明：在層流區(qū)微管的摩擦阻力特性基本與理論預(yù)測關(guān)