复杂结构微流体芯片中的瞬态流型研究

在低质量流速和高热流密度下,对复杂结构微流体芯片中的流动沸腾进行了瞬态流型研究,发现了毫秒级微时间尺度的周期性流型和微通道中的分层流.在单个微通道区域,液膜沿流动方向逐渐增厚且蒸干总是首先发生在其上游区域,而在不同微通道区域间,下游微通道首先蒸干.分析表明,液相弗劳德数(Froude number)较低是微通道中分层流存在的原因.高沸腾数(Boiling number)引起汽液界面较大的剪切应力从而使液体不断向微通道出口处聚集,引起液膜厚度沿流动方向逐渐增厚.     

单柱微通道流动沸腾换热数值模拟研究

高功率电子芯片的安全运行需要高效的散热技术。流动沸腾换热由于高换热系数受到广泛关注。为精确模拟微通道内流动沸腾复杂两相流过程,本文提出了耦合VOF方法的在相界面处迭代求解能量源项的相变模型。针对单微柱微通道内流动沸腾换热过程进行了数值模拟,分析了瞬态两相流过程及温度场演变规律,查明了热流密度及进口过冷度的影响机制。结果表明,由于局部蒸汽的覆盖,不同工况下微通道内流动沸腾存在热阻的转折点,高热流密度对应更高的气泡生长速度和成核面积,高过冷度会延缓转折点,但整体热阻将升高。     

多孔介质流动沸腾微观模型实验研究

多孔通道内流动沸腾广泛应用于热管、高效换热器、航天热防护等领域,认识孔隙尺度相变典型行为及特点有助于理解多孔介质内沸腾传热机理,进而改进多孔介质内部流体相变模型。基于此,本文搭建了二维多孔介质内流动沸腾实验台,对微米级多孔通道内部流动沸腾现象及气泡行为进行研究。实验发现在毛细力、黏性力和惯性力的共同作用下,多孔介质内的流动沸腾形态显著区别于直通道内的沸腾,存在局部气泡堵塞、合并和液膜蒸干、再润湿等行为。该研究有助于增强对相变过程的理解,并为多孔结构优化设计提供指导。     

基于变截面微通道的黏弹性流体内颗粒高效分离研究

黏弹性流体广泛存在于自然界中,如人体中的血液等。实现黏弹性流体中不同尺寸微颗粒的高效分离对于生命科学和临床医学等领域有着重要的意义。本文基于对黏弹性流体中的微颗粒先富集再分离的思想,首先通过渐缩截面微通道,改变弹性升力的方向,并增强微颗粒在微通道中的受力,实现不同微颗粒的高效富集。而后,利用不同粒径微颗粒在层流状态下的运动特性差异,进一步实现对不同尺寸微颗粒的高效分离。实验结果表明,在维森伯格数Wi为17.5至34.9的范围内,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)黏弹性流体中10 μm与4 μm两种微颗粒可实现完全分离。此外,本文还研究了不同流动参数和通道几何结构对黏弹性流体中颗粒分离的影响。与其他用于黏弹性流体中微颗粒分离的微流控技术相比,本文提出的颗粒分离方法具有分离精度和效率高、通道长度短等优点。基于此方法的微流控芯片技术在生物医学等领域有着巨大的应用潜力。     

低温冷冻靶微管燃料充注流动冷凝特性

低温冷冻靶是惯性约束核聚变装置的关键部件之一。冷冻靶靶丸位于黑腔内部,需要利用微管完成燃料充注。针对燃料在微管内发生气液相变后流入靶丸这一关键过程,研究了微通道流体与常规流体流动传热的差异。基于微通道特性对流体流动传热方程进行修正,同时建立了气液相变模型,对微充气管内燃料充注过程进行了数值计算分析。得到重力和表面张力的影响,在微通道中,重力作用可以忽略,表面张力起重要作用。得到了微尺度效应包括速度滑移和温度跳跃对流动传热过程的影响。对多种充气管结构进行比较分析,为选型提供指导。通过选择不同进口条件和出口条件,对充注量控制和充注条件选择提供了指导方案,实际充注时需要同时提高进口温度和压力,保证连续可控充注。     

含润滑油R134a在微通道内沸腾-空化耦合实验研究

混入了矿物润滑油的制冷剂R134a,流经带有空化结构的微通道,发生了沸腾-空化耦合相变现象。无氧铜铜板上刻有长150 mm宽0.8 m深1 mm的微通道,微通道内置有长4 mm宽0.2mm的矩形空化结构。铜板上面覆盖有玻璃片。观察测量不同流量及不同加热量下通道内的流形及通道背面温度。实验结果表明:润滑油抑制了相变现象的发生,降低了换热效率;工作介质为混入润滑油的制冷剂时,通道背面温度远高于工作介质为纯净制冷剂时的通道背面温度。     

流量分配对逆流微通道内流动沸腾影响的研究

微通道内的沸腾两相流动是解决高热流密度下微电子设备散热最有潜力的手段之一。本文基于逆流式微通道热沉设计,实验研究了不同流量调配下逆流式微通道内的流动沸腾特性。讨论了流量分配对微通道内流动沸腾过程中传热特性、压降分布和壁面温度演化规律的影响。实验结果表明：当逆流式通道两侧的质量流量相同时,壁面呈现较好的温度均匀性,且两侧流动压降基本保持一致。两侧流量相差越大,其对应最大两相压降偏差越大。逆流式微通道的壁面温度分布和局部热点的位置可以通过改变两侧质量流量的大小实现有效控制。同时,微通道内流体的演化周期同样可以根据两侧质量流量的高低实现调控。     

微通道过冷流动沸腾汽泡动力学行为研究

微通道相变冷却技术在高热流密度散热领域具有广泛的应用前景,本文通过FLUENT内的流体体积VOF模型来建立过冷流动沸腾下微通道内单汽泡生长模型,通过用户自定义函数UDF在汽液界面上添加质量源项和能量源项实现相变。研究结果表明,汽泡的上游接触角恒大于下游接触角,汽泡的大小随时间先呈幂函数增长,开始受限后则随时间线性增长。随着入口速度的降低、壁面过热度的提高与入口过冷度的降低,汽泡的生长速度均能加快,受限时间均可提前。     

微通道过冷沸腾实验研究

设计并搭建了以R134a为工质的微通道散热及可视化实验台。对R134a在不同饱和温度、流速、热流密度条件下流经微通道产生过冷沸腾状态时的换热性能进行了实验研究。研究了壁面过热度,质量流速对热沉换热系数和压降的影响,通过结果分析,将整得换热区域分为单相对流、过冷沸腾、饱和沸腾三个区域。并采用基于高速摄像机的可视化技术对微通道内气泡运动状态进行了分析。     

微槽内二元混合液体的流动沸腾

1引言微型结构由于其巨大的应用潜力，作为热控制和冷却的有效手段已被引入电子集成电路、生物医学、航天、高效紧凑式与微型换热器、材料加工等现代高新技术领域。由于相交换热能传递更多的热量，微结构中的流动沸腾受到了日益重视。但微通道中流体流动和换热的特性当然与所用工质有关。微通道内液体混合物的流动沸腾至今极少见到公开报道［‘］。彭和王等人l‘－‘］报道了对微通道和微槽结构内单组元液体流动沸腾的研究，发现起始沸腾点所需壁面过热度比常规尺度槽道内的低得多，没有明显的部分核沸腾现象，同时发现微槽尺寸对流动沸腾的…     

S-T-B流型判别方法

通过分析气相、液相、管壁之间的关系,将气液混输管道中的流型划分为五种,并总结了各流型的特点及气液相和管壁间的几何关系;在对Baker、Brill、Beggs-Brill、Taitel、段塞特征分析(SCA)等流型判别方法进行分析的基础上,提出了一种综合使用SCA、Taitel和Brill三种方法的流型判别方法—S-T-B法。经算例验证,该方法对气液两相混输的流型判断准确性较高,可以作为气液混输工艺计算过程中确定流型的方法。     

旋转气固两相流动与分离数值模拟

针对旋转气固两相流分离及其应用问题,研究旋转气固两相流中尘粒的运动特性及分离效率,提出了分离效率的计算式.考虑尘粒间碰撞与并聚、喷水对尘粒间碰撞与并聚的影响,数值模拟研究旋转分离器内气固两相流场、尘粒运动特性及分离效率.研究结果表明分离器结构对流场和压力场有显著影响,且尘粒并聚有利于提高分离效率.     

绕凸包主动流动控制的初步数值研究

基于程序可靠性校验,本文对绕凸包流动进行了数值研究,其中主要对不同吹／吸气速度影响进行了参数化研究,并根据结果对吹／吸气控制分离机理予以了解释,表明:吹吸气对附面层的吹断／吸除作用以及其对主流的气动堵塞作用是正确分析其影响分离机理的关键。     

一种涡轮叶栅内部流动控制方法

本文介绍了一种涡轮叶栅内部流动的控制方法,利用数值模拟手段对应用该方法后的涡轮叶栅内部流动进行了分析.研究结果表明;采用尾缘附近喷气的控制方法,能有效地控制涡轮叶片表面边界层分离,从而增大叶栅负荷,并降低气动损失.     

轴流泵端壁区域流动三维粘性数值计算

本文采用通用流场分析软件FLUENT,基于N-S方程,选用RNG κ—ε湍流模型与SIMPLEC算法,对轴流泵叶轮内部(及端壁间隙)流动进行了三维粘性数值计算。通过实验验证,表明数值计算结果和实测数据吻合较好。详细分析了叶顶附近流场形态以及叶轮出口轴向、周向速度分布,进行了性能预估。并给出了实验装置图。     

几种典型流动条件对平板转捩过程影响的数值模拟

采用作者构造的k方程转捩湍流模型，数值模拟了较大跨度来流湍流度情况、不同来流湍流度时几种不同顺、逆压梯度存在情况、壁面存在不同热交换强度情况下平板的转捩流动过程．与实验结果对比表明，新模型具有较好地模拟转捩流动能力。     

换热器集箱管组流动和换热分析

本文通过实验研究和理论分析，提出准确计算换热器集箱管组中流量分配的离散模型．应用离散模型对某台锅炉再热器的爆管原因进行分析，指出蒸汽侧流量偏差太大是造成超温爆管的主要原因之一．     

脉动冷却流对冷却孔出口附近流动结构的影响

为了探索新型高效能的气膜冷却技术,本文提出了一种脉冲射流冷却方法,并以平板上垂直方形冷却孔为几何模型,以正弦曲线分布的射流速度为冷却气流模型,采用非定常CFD数值模拟技术,在给定横向流速和非定常射流速度的条件下,对孔附近局部三维流场的非定常特性和流场结构进行了数值模拟研究.     

Couette流和空腔粘性流的格子Boltzmann方法模拟

采用１３速六方格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程研究Ｃｏｕｅｔｔｅ流和空腔粘性流,模拟了在Ｐｒ＝０．９１,Ｒｅ＝１００,５０００,及Ｐｒ＝０．９１,１,１．２５而Ｒｅ＝３０００情总下Ｃｏｕｅｔｔｅ流流场的速度、温度分布,研究了热输运过程;同时用该模型拟了高雷诺数的空腔粘性流流场演化稳定后,形成的涡旋的形状及腔内温度分布情况。     

多孔结构内流动沸腾流型分类及转变研究

以球形燃料核反应堆为工程应用背景,分别对直径4 mm、6 mm、8 mm颗粒堆积的多孔结构进行了流动沸腾可视化试验,在实验参数范围内得到了泡状流、泡状-弹状流、弹状流、弹状-环状流四种流型.获得了热流密度、流速、颗粒直径等对流型的影响规律.增加热流密度,汽泡数量增加,体积变大,变形、合并、分裂频繁;流速越高、颗粒越小,汽泡体积越小、数量越少.流速越高、球径越小发生相同流型所需要的热流密度越大.对Tung/Dhir模型进行修正得到了多孔结构内流动沸腾两相流流型图及各流型间的转变含气率.