大涡PIV方法测量水平矩形槽道内湍流耗散率

湍能耗散率的准确测量对工程实际和湍流的理论研究都有着重要的意义。以往的研究多是基于单点速度测量来估算单点的湍能耗散率或者有限体积内的平均值,而不能提供整个流场范围内的耗散率的分布情况。PIV能够测量瞬时流场的速度分布情况,它更适合于用来测量整个流场内的耗散率分布。本文分析了PIV测量得到的速度与单点测量方法之间的关系,提出了大涡PIV方法,运用大涡模拟中的亚网格尺度(SGS)应力模型,对PIV测量结果进行处理得到了水平槽道内的耗散率的分布。对采用不同SGS模型的结果以及量纲分析的结果进行了比较。

微矩形槽道内的气体滑移流动和传热分析

分析了微矩形槽道内的不可压缩气体在速度滑移和温度跳跃区的流动和传热过程。在分析模型中 ,假定矩形槽道底面定热流加热 ,其余三面绝热 ,流动和换热均为充分发展 ,且处于滑移流动区。给出了截面上速度分布和温度分布的分析解 ,讨论了阻力特性和换热特性 ,并与实验结果作了比较。二者的吻合程度表明 ,在一定的Knudsen数范围内 ,传统的Navier Stokes方程和能量方程在考虑了速度滑移和温度跳跃影响后可以描述微矩形槽道内的气体流动和传热过程。

空气在微矩形槽道内的对流换热

本文对空气在９种不同结构尺寸的微矩形槽道试件内的受迫对流换热进行了实验。结果表明，在层流区，槽道的当量直径ｄｅ＝０．２～１．１ｍｍ时，换热与大槽道的情况有明显区别，努谢尔特数随雷诺数的减小而降低，当ｄｅ＝１．１～１．５ｍｍ时，换热出现通近大槽道Ｎｕ＝常数的趋势。由实验分别得到了层流和湍流区的换热关联式。

微小型矩形槽道平板热管传热性能的数值模拟

在充分考虑槽道内汽-液界面剪切摩擦力下,建立了微小型矩形槽道平板热管的数学模型,通过迭代计算得出工质质量流量、流体和蒸汽平均流速、汽一液界面弯月面半径及蒸汽和液体压力沿轴向分布规律,最后对热管外壁面温度值的计算结果和实验结果进行了比较,两者数值基本一致,证明了所建数学模型与实际相符,对热管的理论分析具有指导意义。

非均匀加热条件下微矩形槽道内的滑移流动换热特性

利用正交函数法对定热流密度加热、壁面温度在周向可任意变化条件下,气体在微矩形槽道内的热充分发展滑移流动的换热特性进行理论分析,获得相应条件下的Nu数计算方法及换热特性,并与大尺度槽道的换热特性进行比较,探讨了Kn数、槽道高宽比及不同加热条件对微矩形槽道内滑移流动换热性能的影响。结果表明,在任何加热条件下,微矩形槽道内的平均Nu数均低于相同加热条件下大尺度矩形槽道中的Nu数,且随Kn数的增加而减小。高宽比越小,平均Nu数下降越大。在相同的高宽比和Kn数下,单边加热条件下的换热性能相比相同加热条件的常规大槽道内的换热性能下降最小。

基于正交试验方法的毛细矩形槽道平均流速影响因素分析

目的分析毛细矩形槽道平均流速的影响因素。方法通过公式推导毛细矩形槽道平均流速的有关影响因素,并且从中提取出部分因素,选用三因素三水平的正交试验表对流速进行分析,三因素分别为槽道宽度、槽道深度、槽道长度。通过CFX仿真得出对应的平均流速。结果得到了各因素水平变化对毛细矩形槽道平均流速的影响程度。槽道宽度及槽道深度对于毛细槽道平均流速具有比较大的影响,并得到最优的水平组合。结论对于毛细矩形槽道平均流速的影响因素给出了比较清晰的剖析,对于毛细矩形槽道传热的优化分析具有一定的参考意义。

滑移流区定热流密度加热下微矩形槽道内的换热

利用正交函数法对定热流密度加热条件下,气体在微矩形槽道内层流热充分发展滑移流动的换热特性进行了理论分析,获得相应条件下的Nusselt数计算方法及换热特性计算式,并与大尺度槽道的换热特性进行比较,探讨了Kn数、槽道高宽比及动量协调系数和热协调系数等对微矩形槽道内滑移流动换热性能的影响,得到了微正方形槽道的平均换热系数关联式.结果表明:微矩形槽道内的平均Nusselt数低于相同加热条件下大尺度矩形槽道中的Nusselt数,且随Kn数的增加而减小,微槽内平均Nusselt数随高宽比变化的曲线也越平坦.

潜热型功能热流体在微矩形槽道中的流动换热特性

将潜热型功能热流体加入到微矩形槽道中,并搭建实验台,对槽肋比分别为1∶1(1#槽道)和1∶2(2#槽道)的两个矩形微槽道内潜热型功能热流体的换热性能进行了实验研究。结果表明:雷诺数相同时,1#槽道质量浓度大时量纲壁面温度高,2#槽道质量浓度小时量纲壁面温度高,同时1#槽道质量浓度大时局部努谢尔数低,2#槽道质量浓度小时局部努谢尔数低,二者呈现了不同的特性;潜热型功能热流体沿着槽道长度方向的强化换热与潜热型功能热流体质量浓度及槽道结构有关,存在最佳的强化换热结构和浓度。

微小矩形多槽道平板热管的传热性能

开发了一种微小矩形多槽道平板热管,并阐述了此种热管的结构、原理,推导出了其理论毛细极限。通过实验分析了工作温度、充液率、不同工作介质和倾角等因素对该热管传热性能的影响,得到冷凝段及蒸发段表面传热系数的实验关联式,可用于指导工程设计。研究表明,微小矩形多槽道平板热管具有高传热特性,在电子器件冷却等方面有良好的应用前景。

矩形槽道相变腔内沸腾-凝结共存相变传热的研究

以去离子水为工质,研究了矩形槽道相变腔的传热性能,并借助可视化对观察到的实验现象进行了分析研究。实验结果表明:相变腔内沸腾与凝结过程之间存在明显的相互作用,充液率为11.4%时相变腔传热性能最好,原因是此时冷凝传热得到强化。随着输入功率的增大,沸腾与凝结过程之间相互作用增强,沸腾和冷凝表面传热系数均随之增大。相变腔传热热阻主要集中在冷凝表面,在最佳充液率条件下冷凝表面热阻在总热阻中的占比接近70%。

矩形微槽道饱和沸腾临界热流密度特性

对矩形微槽中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。研究CHF随质量流速、进口过冷度和出口干度的增加而出现的变化趋势,以及槽道尺寸对CHF的影响。搭建试验平台,在不同槽道当量直径、较大范围的质量流速和不同进口过冷度条件下,获得以去离子水为工质两相沸腾传热的实验数据。由于常规尺寸槽道CHF预测关联式并不具有普遍性,所以提出了一个适用于微槽道饱和沸腾CHF的预测模型。并通过与该文以及参考文献中实验数据进行对比,验证了该模型的适用性。

矩形冷却槽道内煤油热裂解过程数值研究

高马赫数下超燃冲压发动机煤油再生冷却过程中易发生热裂解反应导致结焦,因此有必要在冷却通道中开展热裂解过程研究。基于热裂解反应产物试验结果建立了一步热裂解总包反应,对煤油在冷却槽道中超临界流动换热以及热裂解过程展开了三维数值模拟研究,将固壁的传热和槽道内流动反应进行耦合计算,与三种不同热流密度的实验工况对比。结果表明,在热裂解反应发生以前,两相流模型的温度分布和实验数据吻合得很好,但随着燃油温度升高到450℃,燃料开始发生复杂的化学反应,两者开始出现偏离,温度越高,偏离越大。在引入热裂解反应模型之后,高温区域的温度显著降低,和实验结果吻合。热流密度越大,裂解反应率加剧,煤油反应转化率增大。煤油在弯折冷却通道中温度分布不对称。

矩形多槽道热管传热性能的实验研究

通过对不同真空度和倾角下矩形多槽道热管的传热性能进行实验研究,重点讨论了真空度和倾角对热管启动特性和运行特性的影响。实验结果表明:较高的真空度和非0°倾角,有利于缩短热管的启动时间,优化均温性能,降低传热热阻;合适的加热功率能加快热管启动,过大的加热功率使热管出现不稳定工作现象。

矩形微槽道气体流动的速度分布

矩形微槽道的各个流向截面可以局部近似为平面Poiseuille流动,应用信息保存(IP)方法和直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法计算了从连续介质区到自由分子流区的平面Poiseuille流动,利用其结果对Beskok-Karniadakis公式和质量流率动理论因子进行修正和重新拟合,给出在整个稀薄气体流动领域都适用的微槽道气体流动速度分布.

小尺度槽道换热器换热性能的实验测试系统

介绍了小尺度槽道换热器换热性能实验系统的构成、测试段的设计与加工、实验台的布置、实验参数测量及数据采集测试方法.该实验测试系统可以对不同内部结构的小尺度换热器,在不同的流量和加热功率下进行测试,实验测试系统采用先进的温度、压力传感器,由高精度、多通道的Agilent数据采集系统实时采集温度及压力信号,保证了实验数据的准确性及可靠性.

EHD强化微槽道两相流传热动力学研究

以去离子水为工质,对当量直径分别为1.33mm和2mm的竖直矩形微槽道进行了EHD两相流饱和沸腾传热实验研究,运用分维数、关联维数和Kolmogorov熵对槽道进出口压差波动信号进行了动力学研究,分析了槽道尺寸和外加高压电场对传热系数和非线性特征量的影响规律,结果表明:有无电场情况下,各系统均具有非线性混沌特性,并且有外加高压电场系统的混沌程度比无外加高压电场系统的混沌程度更强烈,槽道尺寸越小,系统的混沌程度越强烈,混沌程度越强烈的系统对应的传热系数越大。

高宽比对矩形微小通道内流动的影响

为了研究高宽比对矩形微小通道内流动的影响,选定槽道当量直径均为1mm,长度为360mm,矩形截面的高宽比分别为1/10、1/5、1/4、1/2、1、2、4、5和10的微小通道,实验测得煤油在其中的流动压降,算得其沿程的损失系数。结果发现截面高宽比小于1时,沿程流动压降随截面高宽比增大而减小,损失系数随截面高宽比增大而减小;截面高宽比大于1时,沿程流动压降随截面高宽比增大而增大,沿程损失系数随高宽比增大而增大。

一种矩形微米流道的加工与流量测定

介绍了一种比较成熟的矩形微米流道（微槽道）加工工艺，利用厚胶光刻工艺在硅片上制备胶模板，进而在该模板上用高分子聚合物PDMS（Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷）制作了微米量级的微槽道（高、宽范围20～100μm），对制备的微槽道的几何精确度进行了20×100倍放大显微观测，对其流量特性进行了实验测定．实验结果与泊肃叶理论公式（NS方程的管流表达式）相对比，可以看到在微米量级的矩形微流道中，泊肃叶公式仍然适用．

边界条件对滑移区气体微槽流动和传热的影响

针对不同的边界条件 ,分析了微矩形槽道内不可压缩性气体在速度滑移和温度跳跃区的流动和换热过程 .在分析模型中 ,假定矩形槽道底面定热流加热 ,其余 3个面绝热 .分别在一阶、二阶滑移及速度滑移和温度跳跃相互耦合的边界条件下给出了截面上速度和温度分布的数值解 ,讨论了阻力和换热特性 ,并与Arkilic等的实验结果进行了比较 .结果表明 :在相同的条件下 ,耦合的阻力系数最小 ,二阶边界次之 ,一阶边界最大 ;速度滑移和温度跳跃对换热系数具有相反的影响趋势 ;耦合模型更接近实验结果 ,其次为二阶滑移模型 ,一阶滑移模型的偏差最大 ;在不考虑可压缩性因素时 ,滑移边界条件的阶数对阻力系数的影响较大 ,对换热系数的影响不是十分明显 .

轨道结构对真空管道磁浮列车气动特性的影响

真空管道磁浮交通的出现使得地面超高速轨道交通成为可能。真空管道磁浮研究受限于对大功率推进电机和真空环境的需求,难以取得相关试验数据。针对多态耦合轨道交通动模型试验平台永磁轨道和电机气动布局的前期设计,本文开展了相关数值模拟研究。基于动模型试验平台几何结构、电机平台和永磁轨道在管道内的实际布置形式,采用三维、可压缩的RANS方法和SST k–ω湍流模型,计算了超导磁浮列车在真空管道内超高速运行时的三维流场结构、激波反射和传播规律,对比分析了列车底部矩形槽道对列车气动载荷和管道内流场的影响,重点探究了列车底部压力和速度变化趋势、尾部激波强度和尾涡结构的差异。研究发现:轨道和电机平台的台阶使得尾流区产生了更多的流动分离和激波反射,导致尾部压力波动;列车底部流动间隙增大,列车尾部激波强度下降,激波现象更为明显,气动阻力系数减小8.855%,气动升力系数增大14.312%。