滑移流区域梯形微通道内气体热流逸效应及流动特性

努森压缩机是一种有效的非机械式气体升压微泵,在输送气体、压缩气体等方面具有巨大的应用潜力。基于具有滑移和跳跃边界条件的纳维-斯托克斯方程,建立适应于滑移流区域梯形微通道内气体流动二维数值模型。分析了倾角和冷热腔室温差对微通道内部气体克努森数分布、压升以及流动特性的影响规律。结果表明:微通道倾角从0°升高到5.72°,压升从129.181 Pa降低到48.291 Pa,降低了62.618%。此外,倾角越大,气体克努森数越小,但气体流速逐渐增大,泊肃叶流和热流逸流最大流速分别为0.106 m/s和0.200 m/s。当冷热腔室温差从20 K升高到100 K,努森压缩机的压升从16.081 Pa升高到92.974 Pa,提高478.161%。,温差每增加20 K,克努森数增大0.001,泊肃叶流和热流逸流最大流速分别增加约0.020 m/s和0.039 m/s。研究结果为努森压缩机复杂微通道的构建及性能优化设计提供指导。

梯形微通道内充分发展层流摩擦阻力特性的数值研究

基于Navier-Stokes方程,利用SIMPLER算法并辅以区域扩充法,对梯形微通道内水的充分发展层流摩擦阻力特性进行数值研究。选取25个不同纵横比的梯形尺寸进行计算,并将计算的摩擦常数与H.Y.Wu和P.Cheng的实验值进行了比较。结果表明:计算值与实验值符合较好;阻力系数随纵横比(Wb/Wt)的增大而增大。同时,计算表明,Navier-Stokes方程即使在水力当量直径小到25.9μm的微通道内依然适应。

梯形微通道气液分相强化换热实验研究

针对微通道换热器强化沸腾换热,提出分段式梯形换热结构,该结构可实现气泡在表面张力驱动下间断性流向通道两侧,保持中间加热区为液体,实现气液分相流动,进而强化沸腾换热性能。采用无水乙醇为工质,实验研究直肋和梯形结构铜基表面在热流密度为160~320 kW/m2和工质流量为0.4~2.0 g/s时壁温、换热系数等参数变化规律。结果表明:在饱和沸腾区,梯形分相结构可有效实现气液分离,进而降低壁面温度,大幅提高换热系数;如在25 mm位置处,5段结构换热系数比平行结构换热系数提高了60.4%;在单相加热区,换热面积为主要影响因素,直肋结构换热系数略大,但换热系数比饱和沸腾时小一个数量级。平均换热系数分析得到5段结构微通道比平行结构微通道提高了53.8%,可见分段式结构可实现气液分相流动,有效提高沸腾换热的平均换热系数,增强整体换热能力。

恒壁温下梯形硅微通道热沉流动换热特性

建立了恒壁温条件下微通道中层流流动换热的三维模型,对水力直径分别为108,160和200μm的梯形硅微通道内单相流动换热特性进行了数值模拟研究.研究结果表明:在恒壁温条件下,通道入口段Nu数最大,并沿流程逐渐减小,直至达到充分发展时,Nu数趋于定值;与大管道经典理论不同,充分发展段Nu数随Re数的增加而增加;通道尺度的减小能有效强化换热;恒壁温条件下的平均Nu数总是低于恒热流条件下平均Nu数.同时,对流动阻力损失的研究发现,Poiseuille数与经典值基本吻合.

梯形硅基微通道热沉流体流动与传热特性研究

以去离子水为流动工质,对梯形截面的硅基微通道热沉进行了流体流动与传热的实验研究.通过测量流体的流量、进出口压降与温度、热沉底面加热膜温度,获得了梯形硅基微通道热沉在不同体积流量、不同加热功率条件下流体流动与传热特性参数.实验得出,梯形微通道的流体传热特性值与经验公式预测值相比存在明显的差异,梯形微通道角区对流体流动与传热有重要影响.最后,在实验基础上根据经验公式修正得出层流条件下的梯形硅基微通道的对流换热关联式.