粗糙度与气体稀薄性对微尺度流动特性的影响

对氮气和氦气在粗糙微通道以及光滑微通道内流动进行了阻力特性实验研究。实验结果表明,即使在较小的相对粗糙度高度下,由于微通道中的粗糙度分布密集,会极大地增加流动阻力,这是导致文献中微通道流动阻力系数实验值相互偏差的主要原因之一;而对于滑移区的气体流动,气体稀薄性使流动阻力明显减小而导致流量增加。     

直接模拟蒙特卡罗方法在微通道流动模拟中的应用

直接模拟蒙特卡罗方法是一种求解稀薄气体流动换热新的数值方法。本文采用该方法对Kn数跨越速度滑移区和过渡区的三个微通道内的流动进行了数值模拟,给出了通道内速度、压力及局部阻力系数的变化曲线.为了表明通道横纵比对流动的影响,还对每个算例在不同的横纵比下进行了比较。结果表明,微通道内的流动特性不仅与Kn数有关,而且与通道的横纵比也有很大的关系。     

微通道内氢气和氧气混合的DSMC模拟

气体混合是微流动系统的重要应用之一.本文使用DSMC方法,数值模拟了不同进出口压力下简单和复杂微通道内H2和O2的混合过程,并从满足完全燃烧的氢氧摩尔流量比的角度,讨论了进出口压力以及两种气体入口压力比和宽度比(截面面积比)对摩尔流量比的影响.     

微通道脉管非线性交变振荡微观机理的分子动力学研究

采用分子动力学方法，对He在微通道脉管内的非线性交变振荡的热力学响应进行仿真，研究气体振荡诱导管内轴向压力梯度、温度场的形成，并阐述微通道长径比对温差与相位的影响.结果表明：微通道内伴随压差驱动力在管内形成类似正弦函数压力波、速度波、质量流量波与半正弦的温度波.振荡周期随脉管管径的增大而缩短，随脉管长度的增加而增长，受直径影响很小；微通道两端的时均温差随长度的增加而增大，受直径的影响很小.预测针对不同的脉管直径存在一个最佳长径比与振荡周期，其数值随直径的增大而增大，为优化脉冲管的性能提供理论依据.     

矩形微通道中流阻特性的实验研究

以工程上常用的66%的乙二醇水溶液作为工质,对几何特性相似而高宽比不同的4种纯铝矩形微通道内的流动特性进行了实验研究,得到了微通道冷板基础性的设计数据。实验测量了Reynolds数在50~500之间的流动阻力系数。实验结果表明:通道高度H与宽度W之比对微通道流阻特性有显著的影响;当Re数小于100时,在实验误差内,流动阻力系数的值近似等于经典理论计算值;随着Re数的增大和高宽比的变化,f的值远大于理论值,这可能是由微通道内部壁面粗糙度效应所导致的。     

随机填充增殖剂球床内载气流动特性数值模拟

固态氚增殖包层是聚变堆及聚变-裂变混合堆产氚包层的重要候选结构之一,其球床通道内载气流动特性将影响氚提取效率。利用离散元方法(DEM)生成随机填充增殖剂球床,通过径向孔隙率分布验证其合理性,计算流体力学(CFD)模拟计算其通道内气体流场特征。模拟得到:球床内吹扫氦气流速随孔隙率波动并随入口流速增大而均匀增大,通道内氦气流向及流速变化显著,Blake-Kozeny方程可良好预测该随机填充球床通道压降。     

矩形微通道的宽高比对流动特性的影响研究

在横截面积不变、入口流速相等的条件下,通过数值模拟的方法,分析了在不同宽高比时矩形微通道内流体流动特性的变化规律。结果表明,矩形微通道的入口段长度随水力直径的减小先增加,再急剧降低,而后逐渐减小,而且水力直径越小,中心线流速缓慢增加至主流速度的长度越长;此外,矩形微通道的沿程阻力系数与水力直径的1. 04次方成反比例关系,而泊肃叶数Po与水力直径的2. 4次方成正比,且最大值为95. 19.     

微尺度稀薄效应下颗粒沉降的格子Boltzmann方法模拟

基于多松弛格子Boltzmann模型,对竖直细长微通道内颗粒自由沉降过程进行模拟,分析气体稀薄效应、初始位置以及颗粒间相互作用对微颗粒沉降特性的影响.研究表明：随Knudsen数增大,微通道内气体稀薄效应增强,颗粒表面气体滑移速度增大,气相流体有效粘度减小,颗粒相同运动状态下受到气体阻力相应减小,颗粒沉降平衡速度明显增大;不同初始位置颗粒沉降过程存在明显差异,初始位置偏离中心线颗粒将发生水平方向位移且呈振荡趋势,最终稳定于中心线平衡位置;在微尺度双颗粒沉降DKT现象过程中,气体稀薄效应影响颗粒运动特性,后颗粒跟随过程明显增长.     

微柱群阻力特性实验研究

以去离子水为工质,流经直径为0.5 aim,高度分别为1.0 mm、0.75 mm、0.5 mm和0.25 mm的圆柱组成的柱群板,其宽度与长宽分别为3.5 mm和40 mm,测量通道进出口压差及流量,研究微柱群内部分别在叉排和顺排时液体流动的阻力特性.研究表明,微柱群内流动阻力系数f,随Re数的增大而逐渐减小,当Re数大于500时,f基本不变;微柱高度和直径之间存在一个有利于流动的最佳比例,该值介于1到1.5之间;顺排微柱群的f明显小于叉排微柱群,其,值为叉排微柱群的0.5倍.     

纳米通道内液体流动的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法模拟液体在定截面及变截面纳米通道内的三维Poiseuille流动,研究液体浸润性及通道截面变化对纳米通道内液体流动的影响.研究结果表明:液体对壁面不湿润时,壁面处有速度滑移存在,并且随接触角的增大而增大,液体对壁面湿润则不存在速度滑移;同时,摩擦阻力系数随接触角的减小而增大.通道截面形状的变化对流场的影响随着远离变截面位置而迅速减弱,对流体通道平直处的流体速度相对值分布影响不大,对摩擦阻力系数影响较大.