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《北京工业大学》 2007年
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微细通道内单相和两相阻力损失特性的研究

李卓  
【摘要】: 微细通道在微机电系统、微电子、生物、通讯,尤其是航空航天上的广泛应用使得微尺度流动及换热特性研究成为当前重要的研究课题。近二十年来,大量的实验及分析结果说明微细通道内流动和换热与常规尺度通道的结果不同,具有明显的尺度效应,同时,不同研究者实验得到的结果大相径庭,甚至相互矛盾。本文以揭示微细通道内流动的机理为目的,以局部阻力特性为着重点,对微细通道内的单相和两相流动进行了实验研究及理论分析。 本文首先针对微细通道流动的实验需要,发展了缝隙测压的压力测量技术,就缝隙测压的可行性以及缝隙宽度大小对压力测量的影响进行了实验研究。首先采用缝隙测压技术(缝隙宽度分别为33μm、67μm和132μm)测量不同的流体流过内径为336μm的不锈钢管时的摩擦阻力;然后将所得的实验数据与经典公式进行比较。实验结果显示,应用缝隙测压这种压力测量技术于微管内流体压力的测量是可行的。当取压缝隙宽度与管径之比ξ≤0.2时,测量误差很小,且随着流体Re数的增大变化很小,因此为了减小测量误差,取压缝隙宽度最好小于0.2倍管径。 其次,采用缝隙测压的方法,分别以去离子水、甲苯、无水乙醇和氮气为实验工质,首次测量了内径在330μm~850μm的微管内单相以及氮气-水气液两相流体的突扩及突缩局部阻力损失。实验是在室温和大气压力下进行的。单相流体的雷诺数范围为589~8520,气液两相质量干度为2.6×10-3~1.63×10-1。实验结果表明,1)对于单相流体突扩流动来说,当较小管内流体处于层流阶段时,微管内流体突扩局阻系数稍大于常规管内的实验结果;当较小管内流体处于湍流阶段时,微管内液体突扩局阻系数和常规管的对应值基本一致,但微管内气体突扩局阻系数远远大于常规管的对应值,其原因可能是由于气体的局部马赫数大于0.3,气体的可压缩性不能忽略,因此常规管内局部阻力系数的数据处理不再适用于微管内可压缩流体。2)对于单相流体突缩流动来说,当较小管内流体处于层流阶段时,微管内流体突缩局阻系数远远大于常规管内的实验结果;当较小管内流体处于湍流阶段时,微管内流体的突缩局阻系数和常规管的对应值基本一致,K_c = 0.5×(1-σ)~(0.75)能较好地预测微管内的突缩局部阻力系数。3)对于气液两相流体突变(突扩及突缩)流动来说,均相流模型远远低估了微管内突扩局部阻力损失,而远远高估了微管内突缩局部阻力损失;滑移比S = (ρ_L/ρ_G)~(1/3)的滑移流模型能够较好地预测微管内突变局部阻力损失,说明在突变区域流体间出现了速度滑移。4)得出了单相突缩阻力预测关系式,并采用洛克哈特-马丁内利的实验数据处理方法以及该预测关系式,得出了两相突缩阻力的预测关系式及使用范围。 第三,由于尺度的减小使得微细通道通常具有较大的相对粗糙度。二维粗糙元模型预测及数值计算结果显示,由于粗糙元的存在,3%的相对粗糙度将对管内突缩流动阻力产生较大的影响。粗糙元存在导致涡流区的增大及涡流损失的增加可能是导致微细粗糙管内突缩流动阻力增加的原因。 最后,采用高速摄像仪以及压差波动相结合的方法,以氮气-去离子水为实验工质,对水力直径为0.99mm的矩形小通道内的两相流流型及摩擦压降变化进行了实验研究。实验结果表明,除了由于表面张力增强而引起的泡状流流型(此流型中圆形气泡占据整个通道)不同以外,小通道中的流型和常规通道中的流型大致相同。两相流摩擦压降预测关系式的选用与流型具有密切关系。从总体来说,L-M关系式比其它预测关系式的偏差都小,能更好地预测了两相流压降变化。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TK124

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【引证文献】
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1 张俊;张晓婷;;流体传输中流体阻力和水头损失的计算[J];流体传动与控制;2011年04期
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1 郭屹宾;紧耦合雾化喷嘴的反压和微细粉末的制备研究[D];中南大学;2009年
2 刘然;垂直于水平流向的气液两相流相间作用力特性研究[D];河北大学;2013年
【参考文献】
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1 辛明道,师晋生;微矩形槽道内的受迫对流换热性能实验[J];重庆大学学报(自然科学版);1994年03期
2 陶然,权晓波,徐建中;微尺度流动研究中的几个问题[J];工程热物理学报;2001年05期
3 尹执中,胡桅林,过增元;微流动系统的发展概况[J];流体机械;2000年04期
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1 柴磊;周期性扩缩微通道单相及两相流动传热特性研究[D];北京工业大学;2012年
【共引文献】
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1 谢安国,聂红;因次分析π定理的应用理论研究[J];鞍山钢铁学院学报;1997年05期
2 于燕玲;由世俊;张欢;廖新颖;沈惠青;;狭长排污隧洞冬季自然通风的研究[J];地下空间与工程学报;2006年03期
3 孙长敬,褚家如;基于MEMS技术的微流体混合器及相关技术[J];微纳电子技术;2004年05期
4 张颖;王蔚;田丽;刘晓为;李玲;;微流动的尺寸效应[J];微纳电子技术;2008年01期
5 沈卫明;王新才;;在涡轮增压柴油机模拟计算中MPC边界的处理方法研究[J];北方交通大学学报;1986年04期
6 谢永奇,余建祖,赵增会,秦彦;矩形微槽内FC-72的单相流动和换热实验研究[J];北京航空航天大学学报;2004年08期
7 付卫东,黄本诚,袁修干;管内气体流动的多参数动态数学模型的建立[J];北京航空航天大学学报;1997年05期
8 王晓新,袁修干;橡胶颗粒振动流化床中流体力学行为的研究[J];北京航空航天大学学报;1998年06期
9 赵静野,刘建伟,冯颖;新型管接水力特性的实验研究[J];北京建筑工程学院学报;2001年04期
10 周智清,董履仁;中间包内钢液经石灰过滤器后的清洁度[J];北京科技大学学报;1996年02期
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1 方俊伟;康毅力;游利军;李相臣;;致密砂岩气藏多尺度传质行为研究进展[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 褚德英;王贡献;张志谊;华宏星;;舰载设备抗冲击试验系统建模与仿真[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
3 谢海波;傅新;杨华勇;;微流场可视化测速技术及其应用[A];第四届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2006年
4 苗中华;刘成良;焦素娟;王旭永;张卫峰;;一种新型液压阻尼器设计、建模与仿真[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
5 张圣卓;刘吉晓;李松晶;;采用无阀微泵的微调焦系统特性研究[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
6 吴青;;SV型静态混合器中气-液两相流动的研究[A];中国机械工程学会包装与食品工程分会第四届学术年会论文集[C];1995年
7 孙登科;李军;李嫦月;;低压安注泵、安喷泵有效汽蚀余量数值研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第2册)[C];2009年
8 韩立;;抽水蓄能电站进/出水口水力设计[A];抽水蓄能电站工程建设文集[C];2005年
9 李勇;;海上平台用原油换热器的改进与应用[A];渤海湾油气勘探开发工程技术论文集(第十集)[C];2005年
10 陈常念;;制冷系统两相流动模化实验研究与进展[A];2007年山东省制冷空调学术年会论文集[C];2007年
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1 贺克羽;新型控制棒水力驱动系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 王曙辉;旋转式连续微波再生微粒捕集器再生机理及结构优化研究[D];湖南大学;2010年
3 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
4 晁侃;微流控系统调控电渗流和热效应数值研究[D];华中科技大学;2011年
5 刘东;高热流密度微结构散热器换热特性的研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 耿鑫;微流体脉冲驱动—控制基础实验研究[D];南京理工大学;2011年
7 章启成;水下高速运动体运动特性分析与试验研究[D];南京理工大学;2011年
8 叶飞;非稳态漩涡运动及其产生机理[D];天津大学;2010年
9 孙丽波;微板多物理场耦合非线性动力学研究[D];燕山大学;2011年
10 刘鸿;六管气动阀式两相脉冲爆震发动机试验研究[D];南京航空航天大学;2010年
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1 徐振华;微尺度下水的温度场测量实验研究[D];华东理工大学;2011年
2 陶巍巍;非对称流道无阀压电泵的理论与试验研究[D];吉林大学;2011年
3 宋振国;船舶管网水力计算方法研究[D];大连海事大学;2011年
4 张汉召;炭化微米木纤维微粒捕集器制造工艺及过滤机理研究[D];东北林业大学;2011年
5 刘岗;ZrC涂层及其复合涂层的制备和性能研究[D];中南大学;2011年
6 唐杨;微槽道中磁流体的CHF特性研究[D];华南理工大学;2011年
7 李微;受限空间中液体乙醇微尺度扩散火焰的实验研究[D];华南理工大学;2011年
8 刘志成;基于外加电场液体乙醇微尺度燃烧特性的研究[D];华南理工大学;2011年
9 杨帅;受限空间内微尺度乙醇扩散火焰特性的实验研究与数值解析[D];华南理工大学;2011年
10 魏小玲;面向甲醇重整制氢的金属切削纤维定向烧结成形及性能研究[D];华南理工大学;2011年
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1 夏国栋;柴磊;齐景智;;梯形硅基微通道热沉流体流动与传热特性研究[J];北京工业大学学报;2011年07期
2 何泳成;王化祥;张立峰;崔自强;;基于截面含气率的气/液两相流相关速度测量[J];传感器与微系统;2009年10期
3 乔斌;姬祖春;李映平;邹家生;;金属注射成形技术的研究[J];材料导报;2006年S2期
4 李清泉;紧密耦合气体雾化制粉原理[J];粉末冶金工业;1999年05期
5 李勇,韩德强;雾化参数对H70黄铜粉粒度分布的影响[J];粉末冶金技术;2005年04期
6 刘漫;;金属注射成形技术的应用研究[J];粉末冶金技术;2006年01期
7 欧阳鸿武;陈欣;余文焘;黄伯云;;气雾化制粉技术发展历程及展望[J];粉末冶金技术;2007年01期
8 吕洪,陈鼎,傅定发,龙小兵,陈刚;一种新型的雾化方法[J];中国粉体技术;2002年04期
9 庞凤阁;电容法测量气-液两相流截面含气率实验研究[J];核动力工程;1991年06期
10 马友光;付涛涛;朱春英;;微通道内气液两相流行为研究进展[J];化工进展;2007年08期
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1 王树立;鼓泡塔气液两相流的数值模拟与实验研究[D];大连理工大学;2002年
2 王雷;电容层析成像系统的研制及其在两相流参数检测中的应用研究[D];浙江大学;2003年
3 甘云华;硅基微通道内流动与传热的可视化测量及其规律的研究[D];中国科学技术大学;2006年
4 梁强;基于波动性的气液两相流参数检测研究[D];浙江大学;2007年
5 王艳;基于MEMS加工工艺的复杂结构微通道散热器研究[D];上海交通大学;2009年
6 白鹏飞;多孔型微细通道强化传热结构的制造及传热性能研究[D];华南理工大学;2010年
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1 崔海利;基于电容层析成像技术的气液两相流参数检测[D];浙江大学;2006年
2 葛浩;新型微通道热沉的设计和数值研究[D];上海交通大学;2007年
3 陈欣;紧耦合气雾化流场结构和雾化机理研究[D];中南大学;2007年
4 齐景智;微通道热沉内流体流动与传热特性研究[D];北京工业大学;2007年
5 张潭;金属熔体—气泡两相流中相间作用力的探讨与数值模拟[D];大连理工大学;2012年
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1 夏国栋;李云飞;翟玉玲;蒋静;马丹丹;;变截面微通道散热器流动和传热特性[J];北京工业大学学报;2015年02期
2 高颖;;刻蚀机温度控制系统设计初探[J];科技促进发展;2012年07期
3 王金武;潘振伟;杨欣伦;刘永军;张春凤;王金峰;;深施型液态施肥机液肥转子式转换器设计与试验[J];农业机械学报;2014年10期
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1 岳灿甫;王永朝;雷竹芳;陈会东;付自来;;真空气雾化制粉技术及其应用[A];2012船舶材料与工程应用学术会议论文集[C];2012年
2 范志;孙宝江;孙文超;张洪坤;郭艳利;;超临界二氧化碳压裂液增黏实验方法浅析[A];第十三届全国水动力学学术会议暨第二十六届全国水动力学研讨会论文集——D水动力学实验和测试技术[C];2014年
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1 赵雪松;单声道超声波流量计的研制[D];中国计量学院;2013年
2 陈云飞;某商用车液压动力转向系统热特性模拟分析研究[D];吉林大学;2014年
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1 姜培学,王补宣,任泽 ;微尺度换热器的研究及相关问题的探讨[J];工程热物理学报;1996年03期
2 魏悦广;机械微型化所面临的科学难题—尺度效应[J];世界科技研究与发展;2000年02期
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4 卞卫,程尚模;加热、加质所引起的流动阻力及流动状态的变化[J];华中理工大学学报;1989年03期
5 杨永荻;陈国祥;;散状变形颗粒层的流动阻力及泥沙群体沉降规律[J];河海大学学报;1989年04期
6 蒋仲安,李怀宇,杜翠凤;弯曲通道内气流流动阻力的计算和验证[J];北京科技大学学报;1996年03期
7 杨瑞昌,刘涛,钟勇,周立加;自然循环传热部件内单相水流动阻力的实验研究[J];核动力工程;2003年S2期
8 郑敏之;涡旋压缩机的齿端流动阻力对最佳压缩比的影响[J];流体工程;1989年08期
9 詹海波;张仲彬;邵天成;徐志明;董新;;缩放管流动阻力与传热性能的实验研究[J];东北电力大学学报;2007年01期
10 李力;牛永生;李淼;;微隙流动阻力与密封件尺寸参数的研究[J];机械设计与制造;2008年08期
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2 曾玉红;;非淹没刚性植被流动阻力研究[A];河湖水生态水环境专题论坛论文集[C];2011年
3 袁婧;茅泽育;;封冻冲积河道流动阻力的计算方法[A];第21届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2012年
4 张喜东;黄护林;;磁钝体对下游圆柱流动阻力和传热的影响[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
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1 龚波;波纹管传热与流动阻力的数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 刘曼;电厂流动不可逆性分析[D];华北电力大学;2012年
3 赵允玉;水平管内凝结传热与流动阻力的耦合影响研究[D];华北电力大学(北京);2011年
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