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《北京交通大学》 2010年
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微小通道内气体流动特性的实验研究

李成文  
【摘要】: 本文通过实验及数值模拟的方法对微小通道内的流动特性以及绝热条件下的温度场进行了分析研究;搭建了微圆管及微槽道实验台;针对微小槽道的研究,改变了微小型槽道的深/宽、槽道长度、水力直径及相对粗糙度;发现层流区(低Re数下)所有的槽道(除去L/D=38的微槽道)均与宏观理论值比较吻合,数值模拟工作进一步验证实验结果。 长径比较小(或相对粗糙度较大)的槽道转捩均有不同程度的提前,相对粗糙度为2.26%的槽道转捩Re数甚至提前到500-600;在湍流区,微槽道的摩擦常数随Re数增加而增加,且均比宏观理论预测值要高,研究发现摩擦常数随深/宽减小、相对粗糙度的增加(或长径比值的减小)而增加,并拟合出摩擦常数与几种因素的幂指数的关联式。 排除相对粗糙度影响,通过数值模拟研究发现在槽道长度不变条件下层流区摩擦常数随水力直径减小而减小;低Re数下(500)沿程的压力损失呈线性趋势;在较小长径比值的槽道中,流体速度增大后,入口段处对流动阻力的影响明显加剧;水力直径减小后,稀薄效应会削弱入口段处对流动阻力的影响。 此外,本文研究了不同气体(He、N2)在水力直径为0.255mm的微圆管的流动换热特性,在相对粗糙度及入口段效应影响减弱的条件下,发现稀薄效应以及可压缩性对流动换热影响加剧;稀薄效应可使摩擦常数降低,可压缩性可使摩擦常数升高;层流到湍流的转捩均发生在2000-3000左右;发现He的流动特性较宏观理论预测值要低(无论在层流区还是湍流区);N2的流动特性较宏观理论预测值吻合;稀薄效应影响的加剧导致摩擦常数的较低。 通过对比两组工况,发现截面形状改变可能对摩擦常数影响不大;摩擦常数的值应是稀薄效应、可压缩性、入口段效应及粗糙效应因素综合影响结果; 最后,在无外热源及壁面绝热条件下,进行了热力分析;发现深宽越大槽道长度越大、相对粗糙度越大(或水力直径越小)其进出口温差越大;数值模拟也验证这一点;
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TK124

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 郭健;微通道内单相液体流动与传热特性研究[D];北京交通大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前8条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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10 郑富中;基于悬空单壁碳纳米管阵列的压阻式柔性传感器研究[D];重庆大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 徐华;微注塑成型充模流动中对流换热的实验研究[D];大连理工大学;2010年
3 刘宇;烧结微多孔表面在饱和FC-72中沸腾传热效果评价[D];华东理工大学;2011年
4 杨爱春;Au/SiO_2纳米颗粒膜和SiO_2纳米线的光学特性及其生长机理的研究[D];山东师范大学;2011年
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6 赵莹;四氧化三锰纳米粒子的制备与性质研究[D];吉林大学;2011年
7 南小武;介观压容效应在传感器应用方面的研究[D];中北大学;2011年
8 洪祥;应变对NMOSFET性能影响的研究[D];中北大学;2011年
9 冀海文;应变对DBRT结构等效电容影响的研究[D];中北大学;2011年
10 刘君;基于白光干涉技术的膜材料应变行为测试方法研究[D];中北大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杜东兴;可压缩性及粗糙度对微细管内流动及换热特性的影响[D];清华大学;2000年
【相似文献】
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10 张柬;邢军;张希巍;;岩体裂隙渗流特性的试验研究[A];第九届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2006年
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2 库晓珂;槽道和圆管中柱状粒子两相流的研究[D];浙江大学;2009年
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4 刘用鹿;高效微小通道热沉散热系统设计及其实验研究[D];华中科技大学;2010年
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6 喻健良;预混火焰在微小通道中传播和淬熄的研究[D];大连理工大学;2008年
7 张斌;大涡模拟滤波网格分析及网格自适应控制研究与应用[D];上海交通大学;2011年
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9 齐守良;微通道中液氮流动和换热特性研究[D];上海交通大学;2007年
10 张田田;微通道内气体流动换热的理论与实验研究[D];北京交通大学;2011年
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1 李成文;微小通道内气体流动特性的实验研究[D];北京交通大学;2010年
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3 马富芹;水平微小通道内CO_2沸腾换热研究[D];东华大学;2005年
4 孟繁鑫;微小矩形通道内流动与换热特性研究[D];南京航空航天大学;2008年
5 翁磊;三维槽道内气粒两相湍流的大涡模拟与统计[D];华中科技大学;2004年
6 许传稳;岩体、混凝土粗糙裂隙水力特性试验研究[D];西北农林科技大学;2011年
7 王智科;微小内螺纹管管内冷凝的实验研究及工程模型[D];浙江大学;2012年
8 王从权;微散热器流体通道结构参数对工质流动及传热特性影响的研究[D];中南大学;2012年
9 王阳华;基于传热反问题的二维冷却通道优化[D];重庆大学;2012年
10 李鹏飞;海漫柔性加糙相对糙率的确定及加糙后对近底流速影响的研究[D];内蒙古农业大学;2004年
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