微型矩形凹槽的长方体通道的减阻和传热特性

在长方体通道底面沿展向方向间隔设置了微型矩形凹槽,凹槽的深度与边界层尺度相当。采用大涡模拟方法对长方体通道内的流动及传热特性进行研究。数值计算结果表明:在长方体通道内设置的微矩形凹槽可以诱导“突出效应”及二次涡,二次涡的作用类似于微型空气滚动轴承,因而可减小流阻,并使传热性能略有提高。研究表明:微凹槽导致了速度滑移,从而有效降低了通道底部附近流体速度梯度;造成低速条纹变宽,使高低速流体的混合受到抑制。微凹槽内产生的二次涡增加了黏性底层的厚度,且二次涡与微凹槽上方流体之间的滚动摩擦代替了壁面与流体之间的滑动摩擦。与没有布置微型矩形凹槽的长方体通道相比,布置微凹槽的长方体通道可在不影响传热效果的前提下达到6%以上的减阻率。

微矩形凹槽表面液滴各向异性浸润行为的研究

受自然界启发,仿生微结构被广泛用于调控固-液界面的性质.研究显示,液滴在微结构表面的各向异性浸润行为可用于实现微流动方向和速度的控制,且其各向异性浸润与微结构的尺寸和分布等密切相关.本文研究了微矩形凹槽尺寸对液滴各向异性浸润行为的影响规律.结果显示,液滴沿平行沟槽的方向具有较小的运动阻力、易铺展,因此具有较小接触角;而垂直于沟槽方向,由于沟槽的阻隔作用具有较大运动阻力,因而具有较大接触角,并且在垂直方向液滴的浸润过程是三相线一系列钉扎和跳跃行为.在微矩形凹槽表面,液滴沿平行方向接触角θ//与肋板宽度R和凹槽宽度G密切相关,其值与表面固体面积比成反比;而垂直于沟槽方向的接触角θ⊥随肋板宽度R和凹槽宽度G变化基本保持不变.同时各向异性液滴的变形比L/W、特征方向接触角比值θ⊥/θ//与表面固体面积比成正比.研究结果有助于加深理解微结构表面浸润行为的机制,并为微矩形凹槽在微流动控制方向的应用提供技术支持.

基于矩形凹槽结构的泵喷推进器梢部流动控制效果研究

针对泵喷推进器梢部流动引起的梢隙空化和梢涡空化,在导管内壁开设一定数量的轴向矩形凹槽。基于计算流体力学软件STAR-CCM+进行数值模拟,分析凹槽结构对梢部端面压力、梢涡涡核压力、梢涡强度和水动力性能的影响。计算结果显示,矩形凹槽结构增大了梢部端面压力和梢涡涡核压力,减弱了梢涡强度,可以推迟梢隙空化和梢涡空化发生,而且对推进效率的影响较小。这项研究结果为泵喷推进器的减振降噪提供了新的途径。