微小通道內氣體流動特性的實驗研究.pdf

1、本文通過實驗及數(shù)值模擬的方法對微小通道內的流動特性以及絕熱條件下的溫度場進行了分析研究；搭建了微圓管及微槽道實驗臺；針對微小槽道的研究，改變了微小型槽道的深/寬、槽道長度、水力直徑及相對粗糙度；發(fā)現(xiàn)層流區(qū)（低Re數(shù)下）所有的槽道（除去L/D=38的微槽道）均與宏觀理論值比較吻合，數(shù)值模擬工作進一步驗證實驗結果。
　　 長徑比較小（或相對粗糙度較大）的槽道轉捩均有不同程度的提前，相對粗糙度為2.26％的槽道轉捩Re數(shù)甚至提前到50

2、0-600;在湍流區(qū)，微槽道的摩擦常數(shù)隨Re數(shù)增加而增加，且均比宏觀理論預測值要高，研究發(fā)現(xiàn)摩擦常數(shù)隨深/寬減小、相對粗糙度的增加（或長徑比值的減小）而增加，并擬合出摩擦常數(shù)與幾種因素的冪指數(shù)的關聯(lián)式。
　　 排除相對粗糙度影響，通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)在槽道長度不變條件下層流區(qū)摩擦常數(shù)隨水力直徑減小而減小；低Re數(shù)下(＜500)沿程的壓力損失呈線性趨勢；在較小長徑比值的槽道中，流體速度增大后，入口段處對流動阻力的影響明顯加??；水力

3、直徑減小后，稀薄效應會削弱入口段處對流動阻力的影響。
　　 此外，本文研究了不同氣體(He、N2)在水力直徑為0.255mm的微圓管的流動換熱特性，在相對粗糙度及入口段效應影響減弱的條件下，發(fā)現(xiàn)稀薄效應以及可壓縮性對流動換熱影響加劇；稀薄效應可使摩擦常數(shù)降低，可壓縮性可使摩擦常數(shù)升高；層流到湍流的轉捩均發(fā)生在2000-3000左右；發(fā)現(xiàn)He的流動特性較宏觀理論預測值要低（無論在層流區(qū)還是湍流區(qū)）；N2的流動特性較宏觀理論預測值吻