随机粗糙微通道内部流动与传质特性

为了研究微通道壁面随机粗糙度对流体流动和传质特性的影响,采用随机排布准则构建具有典型粗糙元类型的随机粗糙微通道壁面,利用有限元方法分析壁面随机粗糙度对流速、压降、流动阻力和传质性能的影响,并给出粗糙微通道内部Poiseuille数和分子传质扩散的近似变化规律。结果表明,流体在粗糙微通道近壁面区域和主流区的流速差异较大,近壁面区域流动分离现象明显;与光滑微通道相比,粗糙微通道内部各位置的压降和Poiseuille数沿着流动方向呈近似线性增大趋势;微通道壁面粗糙度的存在可以强化流体分子的传质扩散速率,但受粗糙度类型和相对粗糙度的影响较大。

随机粗糙微通道中的流动和传热特性

对水在随机粗糙微通道中的单相液体层流流动和传热特性进行了数值模拟研究.构造了两条随机粗糙微通道和一条规则粗糙微通道,计算Re范围100～2 000.结果发现:3条计算通道的Poiseuille数(Po)和Nusselt数(Nu)均大于光滑通道的分析解,并随Re缓慢增大.规则粗糙微通道中的Po和Nu都明显大于随机粗糙微通道的结果.最后,认为粗糙度对当地Nusselt数的影响,是粗糙元引起的流速变化与协同角变化共同决定的.

随机粗糙充填节理对S波传播影响的数值研究

充填节理对岩体的力学特性有着重要影响,节理面不规则引起的粗糙度使S波在节理岩体中的传播规律变得更加复杂。考虑节理接触面的随机粗糙度与充填材料的塑性变形,通过离散元方法对S波在充填节理岩体中的传播规律进行数值模拟,采用中线截距平均值与起伏均方根量化描述节理的随机粗糙度,分析了不同随机粗糙度下充填厚度与节理剪切强度对透射波形及透射系数的影响。结果表明,与平直节理不同,随机粗糙充填节理对不同入射波波幅下的S波传播规律影响更加明显。同一中线截距平均值下,节理起伏均方根越大,S波透射系数越大;同一节理起伏均方根下,中线截距平均值越小,S波透射系数越大。节理粗糙度对S波衰减规律的影响与充填厚度有着密切的关系。

液氦温区微小漏孔流动特性研究

低温环境下系统器件的密封性能至关重要,对于低温密封研究,了解低温下微小漏孔泄漏的流动特性很有必要。本文构建了具有随机粗糙度壁面的二维微通道,应用仿真软件研究液氦温区漏孔微通道内气流的流动特性,计算分析通道内各物理量的分布和变化。结果表明随机粗糙度壁面对速度分布的扰动在近壁面影响最大,随着远离壁面的方向减小,对中心区域流动几乎无影响;低温导致氦气粘滞系数下降,微通道内气体流速增加;压力分布也因通道特征尺寸变化而发生波动;液氦温区漏孔的质量流量比常温下大两个数量级,并且当进出口压力比超过临界值后漏孔质量流量不再变化。对于低温系统的漏率预测、泄漏预防和低温检漏、密封研究具有理论意义和实用价值。

随机粗糙微通道内流动特性研究

采用计算流体动力学的方法,研究了微通道内气体在速度滑移和随机表面粗糙度耦合作用下的流动特性.其中,利用二阶速度滑移边界条件描述气体的边界滑移,利用分形几何学建立随机粗糙表面.研究发现,综合考虑二阶速度滑移边界条件和随机表面粗糙度在较大的平均Knudsen数范围内(0.025—0.59)得到的计算结果与实验数据符合得很好,而一阶速度滑移边界条件只在平均Knudsen数较小时(<0.1)符合实验结果.随机表面粗糙度对气体在边界处的滑移有显著影响,相对粗糙度越大,速度滑移系数越小.并针对计算结果,给出了滑移系数与相对粗糙度近似满足的关系.随机粗糙表面对气体流动过程中的压强、速度、Poiseuille数也有显著影响.