微通道內(nèi)流體流動(dòng)傳熱的數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的迅速發(fā)展，微流體設(shè)備作為其重要組成部分受到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。徹底地理解微流體設(shè)備內(nèi)的流動(dòng)機(jī)理和傳熱特性對(duì)于設(shè)計(jì)出更好的微流體設(shè)備具有重要的意義?；诖?，本研究從三個(gè)方面對(duì)微通道內(nèi)流體的流動(dòng)和傳熱情況進(jìn)行了數(shù)值模擬。 為了定量確定雙電層效應(yīng)的影響，本文基于泊松-波爾茲曼方程、納維-斯托克斯方程和能量方程分別對(duì)平行平板通道(二維)及矩形通道(三維)內(nèi)流體的流動(dòng)和傳熱情況進(jìn)行了模擬。模擬時(shí)采用現(xiàn)

2、有文獻(xiàn)中有關(guān)ζ電勢(shì)和雙電層的表面電導(dǎo)率λ的最新實(shí)驗(yàn)值，求解了水力充分發(fā)展、溫度場(chǎng)未充分發(fā)展時(shí)兩種通道內(nèi)流體的速度分布和溫度分布。其中，對(duì)矩形通道分別考慮了軸向定熱流、周向定壁溫和軸向、周向均定熱流兩種熱邊界條件。此外還求解了考慮和不考慮雙電層效應(yīng)兩種情況下兩種通道內(nèi)流體的摩擦系數(shù)和努謝爾特?cái)?shù)，并據(jù)此討論了雙電層效應(yīng)和通道尺寸、ζ電勢(shì)、工質(zhì)的離子濃度、熱邊界條件等因素的關(guān)系。本文還對(duì)兩種通道下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，得出了一些未見報(bào)道的有益

3、結(jié)論。 為了進(jìn)一步研究微通道內(nèi)的兩相流流動(dòng)，本文的第三部分首先給出了二維直角坐標(biāo)系下兩相斯托克斯流的控制方程，以及兩相界面上的動(dòng)力邊界條件和運(yùn)動(dòng)邊界條件。在此模型的基礎(chǔ)上結(jié)合二階龍格．庫塔時(shí)間格式用MATLAB的scripting語言編制了用于模擬氣泡生成過程的程序，并通過MATLAB與有限元軟件COSMOL的交互由COSMOL求解流體的速度場(chǎng)。利用此程序，本文對(duì)多種工況下氣泡在T型微通道內(nèi)的生成過程進(jìn)行了模擬，并討論了生成氣泡