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相似文献
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1.
微电子机械系统和流体流动   总被引:13,自引:4,他引:9  
Ho.  CM 方新 《力学进展》1998,28(2):250-272
出现于80年代后期的微机械工艺技术可提供微米尺度的传感器和致动器.这些微型转换器与信号调节和处理电路集成后,组成了可执行分布式实时控制的微电子机械系统(MEMS).这种性能为流动控制研究开辟了一个崭新的领域.另一方面,由于微米尺度结构中表面积与体积之比很大,在流体流经这些微小机械器件时,表面效应占据了主导地位.为此需要重新审视动量方程中的各类表面力项.由于它们非常小,气体流动具有很大的Knudsen数,所以边界条件也应加以修正.总之,微电子机械系统(MEMS)不但是一项实用技术,也为流动机理的基础研究提出了许多挑战.  相似文献   

2.
燃气射流冲击传热特性的数值模拟   总被引:2,自引:0,他引:2  
针对射流传热问题,利用基于RNGk-ε湍流模型的数值方法模拟了射流垂直冲击平板的流动过程,并与实验数据比较,验证了模型的可行性。在此基础上,以火箭喷管入口参数为入口条件,建立了超音速燃气射流垂直冲击平板和冲击浸没平板的计算模型,分析了不同冲击条件下努塞尔数分布规律和温度分布规律, 论述了超音速射流传热的特性及影响传热特性的因素。得到了冲击距离为(14~18)D的努塞尔数取值范围,并表明冲击距离和射流温度是影响传热效率的关键因素;冲击距离增加,传热效率降低,冲击平板表面的射流温度越高,传热效率越高。  相似文献   

3.
在长方体通道底面沿展向方向间隔设置了微型矩形凹槽,凹槽的深度与边界层尺度相当。采用大涡模拟方法对长方体通道内的流动及传热特性进行研究。数值计算结果表明:在长方体通道内设置的微矩形凹槽可以诱导“突出效应”及二次涡,二次涡的作用类似于微型空气滚动轴承,因而可减小流阻,并使传热性能略有提高。研究表明:微凹槽导致了速度滑移,从而有效降低了通道底部附近流体速度梯度;造成低速条纹变宽,使高低速流体的混合受到抑制。微凹槽内产生的二次涡增加了黏性底层的厚度,且二次涡与微凹槽上方流体之间的滚动摩擦代替了壁面与流体之间的滑动摩擦。与没有布置微型矩形凹槽的长方体通道相比,布置微凹槽的长方体通道可在不影响传热效果的前提下达到6%以上的减阻率。  相似文献   

4.
师晋生 《力学季刊》2006,27(4):693-698
对高粘度液体在等温正弦形波纹壁面上的自由降落与蒸发建立了摄动分析模型。得到了流动的分析解和蒸发传热的数值解。考察了壁面波纹的波幅和波数、液膜表面张力及贝克利数对流动与传热的影响,结果表明,加大波纹的波幅、适当选择波数、减小贝克利数可增强传热,而表面张力对蒸发传热的影响较小。  相似文献   

5.
传热与接触两类问题耦合作用的有限元分析   总被引:16,自引:2,他引:14  
考虑传热接触耦合作用的热力学分析问题大量存在于工程中,分析的难点是必须考虑热与可移动接触边界间的耦合作用。针对这类问题的求解,该文给出了接触边界上热交换与温度边界条件,并在此基础上建立了两类变分方程,一类是热力学变分泛函,其考虑了接触区域对结构热传导的影响;另一类是二维热弹性接触分析的参数变分原理,可以方便地对接触问题进行求解。文中给出有限元分析的离散公式,并进一步给出两类问题耦合分析的迭代算法,其中接触分析的惩罚因子是可以消除的,数值结果验证了该文的理论与算法。  相似文献   

6.
李琪  王兆宇  胡鹏飞 《力学学报》2022,54(11):2994-3009
基于Brinkman-extended Darcy模型和局部热平衡模型, 对多层平行裂隙型多孔介质通道内的流动传热特性进行研究. 获得了多层平行裂隙型多孔介质通道内各区域的速度场、温度场、摩擦系数及努塞尔数解析解, 并分析了裂隙层数、达西数、空心率、有效热导率之比等对通道内流动传热特性的影响. 结果表明: 达西数较小时, 通道多孔介质层内会出现不随高度变化的达西速度, 此达西速度会随裂隙层数的增加而增大, 但却不受各裂隙层下多孔介质层位置变化的影响. 增加裂隙层数会减弱空心率对压降的影响, 会使通道内流体压降升高, 但升高程度会逐渐降低. 增大热导率之比或减小空心率会使多裂隙通道内出现阶梯式温度分布, 而在较小热导率之比或较大空心率时多裂隙情况下的温度分布曲线会趋于一致. 此外, 当热导率之比较小时, 多层裂隙通道内的传热效果在任何空心率下都要优于单裂隙情况, 当热导率之比较大时, 存在临界空心率使各裂隙层数通道内的传热效果相同, 且多裂隙通道内继续增加裂隙层数对传热强度影响不大.   相似文献   

7.
湍流冲击射流流动与传热的数值研究进展   总被引:15,自引:0,他引:15  
陈庆光  徐忠  张永建 《力学进展》2002,32(1):92-108
湍流冲击射流由于其冲击表面时具有很高的局部传热率和冲击 力,被广泛应用于如表面的加热、电子元件的冷却、纸张的干燥和材料 的切割等工程应用和工业过程中.由于其流动的复杂性,也常被作为一 种理想的测试实例来评价湍流模型的性能.此外,湍升力射流与地面之 间的空气动力作用对V/STOL (垂直或短距离起落)飞机的性能具有很大 的影响.长期以来,人们从理论分析、实验测量和数值模拟方面对冲击 射流进行了广泛而系统的研究,积累了丰富的资料.本文在分析了湍流 冲击射流的数值研究现状的基础上,对近年来有关湍流冲击射流流动与 传热的数值研究方面的文献有选择地进行了综述,重点评述了不同湍流 模型对冲击射流流动与传热的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域 今后的研究方向进行了展望.  相似文献   

8.
微重力气液两相流动与池沸腾传热   总被引:1,自引:0,他引:1  
赵建福  彭超  李晶 《力学进展》2010,40(4):460-470
综述了近年来中国科学院微重力重点实验室(国家微重力实验室)完成的一系列微重力气液两相流动与池沸腾传热方面的地基实验、飞行实验和理论研究等方面获得的主要成果.在微重力气液两相流动方面,提出了半理论Weber数模型用于预测微重力条件下气液两相弹-环状流转换,并采用Monte Carlo方法,针对气泡初始尺寸对泡-弹状流转换的影响进行数值研究.通过俄罗斯"和平号"空间站与IL-76失重飞机实验,获得了微重力下的气液两相流型图,与此同时在地面利用小尺度毛细管模型模拟了微重力气液两相流动特征.实验测量了微重力气液两相流压降,并基于微重力流动特性建立了一个泡状流压降关联模型.在微重力池沸腾传热方面,利用我国返回式卫星完成了两次空间实验,其中,第22颗返回式卫星搭载铂丝表面R113池沸腾实验采用控制温度的稳态加热方式,而实践8号育种卫星搭载平面FC-72池沸腾实验则采用控制加热电压的准稳态加热方式.同时,还进行了地面常重力和落塔短时微重力条件下的对比实验研究.观察到丝状加热表面微重力时轻微的传热强化现象,而平板加热表面微重力核态池沸腾低热流时传热强化、高热流时传热恶化.微重力实验中观察到气泡脱落前存在横向运动现象,据此分析了气泡行为与传热之间关系,并提出了一个预测丝状加热表面气泡脱落直径的半理论模型.旨在对相关领域的进一步发展和空间两相流系统的应用提供数据及理论支持.  相似文献   

9.
采用TiAlN涂层硬质合金微径铣刀在微小型机床上对铅黄铜(HPb63-3)工件进行了微细铣削加工试验研究,全面分析了微刀具的磨损、破损形态及磨损失效机理.结果表明:在微细铣削加工条件下,微径铣刀主要失效与磨损区发生在刀尖部位,刀具的磨损与破损形态呈现显著的尺度效应.微细铣削铅黄铜材料时,微刀具的主要失效形式表现为涂层剥落与刀尖破损;主要磨损机理为黏着磨损和磨粒磨损等损伤机制.刀具与工件之间存在着扩散作用,但并不是引起刀具磨损的主要原因.  相似文献   

10.
共轭传热现象在科学和工程领域中大量存在. 随着计算能力的发展, 对共轭传热现象进行准确有效的数值模拟, 成为科学研究和工程设计上的重要挑战.共轭传热数值模拟的方法可以分为两大类: 分区耦合和整体耦合.本文采用有限元法对共轭传热问题进行整体耦合模拟. 固体传热求解采用标准的伽辽金有限元方法.流动求解采用基于特征分裂的有限元方法. 该方法是一种重要的求解流动问题的有限元方法, 可以使用等阶有限元. 该方法的准隐格式与其他格式相比, 具有时间步长大的特点. 将稳定项中的时间步长与全局时间步长分开, 改进了准隐格式的稳定性. 基于改进的特征分裂有限元方法的准隐格式, 发展了一种层流共轭传热数值模拟的整体耦合方法. 采用这种方法可以将流体计算域和固体计算域作为一个整体划分有限元网格, 并且所有变量都可以采用相同的插值函数, 从而有利于程序的实现. 通过对典型问题的模拟, 验证了这种方法的准确性. 本工作还研究了固体区域时间步长对定常共轭传热问题数值模拟收敛性的影响.   相似文献   

11.
微尺度相变传热的关键问题   总被引:15,自引:1,他引:14  
由于航天、信息、生物等高技术的发展,微尺度热物理问题得到了广泛的重视.作为一种 非常高效的能量转换方法,微尺度相变传热的研究远未成熟.本文对微尺度相变传热作了较 为系统的综述,论述了控制微尺度相变传热的准则数,分析了沸腾起始点、流型、压降、传 热系数、不稳定性、临界热流密度六大关键问题.建议从实验和理论两个方面对微尺度相变 传热进行深入的研究,以进一步理解其机理,为微蒸发器的设计、制造及运行提供科学依据 和指导.  相似文献   

12.
添加剂湍流减阻流动与换热研究综述   总被引:2,自引:1,他引:1  
焦利芳  李凤臣 《力学进展》2008,38(3):339-357
添加剂湍流减阻是指在液体的管道湍流中添加少量的高分子聚合物或某种表面活性剂从而使湍流阻力大大降低的现象.从其被发现至今,经过近半个世纪的研究(实验研究、理论分析、数值模拟和实际系统的应用研究),尽管对这一现象及其实际应用价值已有了较为深入的认识,但仍有许多方面尚有欠缺,例如对湍流减阻的机理仍然在探索中. 本文归纳评述了高分子聚合物或表面活性剂添加剂湍流减阻流动与换热现象的研究现状,从湍流减阻剂的特性、减阻剂的湍流减阻机理、湍流减阻发生时的换热机理、减阻流动速度场分布和换热控制等几个方面综述了添加剂湍流减阻流动与换热特性,并综述了湍流减阻剂在实际工业系统中的应用情况,在对添加剂湍流减阻机理、有湍流减阻发生时的对流换热机理等的理解方面进行了新的总结.  相似文献   

13.
楚化强  郁伯铭 《力学进展》2009,39(3):259-272
研究沸腾换热过程是安全、高效地利用能源的基础. 简要评述了沸腾换热(池内沸腾、流动沸腾、临界热流密度和纳米流体沸腾换热)的研究进展; 详细论述了采用分形理论和方法研究沸腾换热分析解的理论和方法; 指出了采用分形理论和方法有可能解决其它尚未解决的有关沸腾换热的若干课题和方向.  相似文献   

14.
By using unique experimental techniques and carefully constructed experimental apparatus, the characteristics of flow boiling of water in microscale were investigated using a single horizontal rectangular microchannel. A polydimethylsiloxane rectangular microchannel (Dh = 103.5 and 133 μm) was fabricated by using the replica molding technique, a kind of soft lithography. A piecewise serpentine platinum microheater array on a Pyrex substrate was fabricated with the surface micromachining MEMS technique. Real time flow visualization of the phase change phenomena inside the microchannel was performed using a high speed CCD camera with microscope. The experimental local boiling heat transfer coefficients were studied, and single bubble inception, growth, and departure, as well as elongated bubble behavior were analyzed to elucidate the microscale heat transfer mechanisms. Tests were performed for mass fluxes of 77.5, 154.9, and 309.8 kg/m2 s and heat fluxes of 180–500 kW/m2. The effects of mass flux, heat flux, and vapor qualities on flow boiling heat transfer in a microchannel were studied.  相似文献   

15.
The lattice‐Boltzmann method is being applied to a diversity of fluid flow and heat transfer problems nowadays. Because of its microscale nature, strict attention should be paid when introducing macroscopic inputs to the model. One of the challenging issues dealing with macroscale and microscale treatment is the implementation of boundary conditions. In this regard constant‐temperature boundaries are frequently used in energy transfer problems. Such boundaries are simply modeled in Navier–Stokes based solvers, but they are not so harnessed in lattice‐Boltzmann models. One of the problems is that the calculated tangential heat flux is not zero along such boundaries in most of the previous models. In the present paper, a model has been developed, which has the capability of controlling tangential heat flux along the constant‐temperature boundaries. It aims to set the heat flux nearly zero along the boundary in midplane grid schemes. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

16.
Flow boiling behaviors in hydrophilic and hydrophobic microchannels   总被引:1,自引:0,他引:1  
Surface wettability is a critical parameter in small scale phenomena, especially two-phase flow, since the surface force becomes dominant as size decreases. In present study, experiments of water flow boiling in hydrophilic and hydrophobic rectangular microchannels were conducted to investigate the wettability effect on flow boiling in rectangular microchannels. The rectangular microchannels were fabricated with a photosensitive glass to visualize flow pattern. The hydrophilic bare photosensitive glass microchannel was chemically treated to obtain a hydrophobic microchannel. And, visualization of flow patterns was carried out. And boiling heat transfer and two-phase pressure drop was analyzed with visualization results. The boiling heat transfer coefficient in the hydrophobic rectangular microchannel was higher than that in the hydrophilic rectangular microchannel, which was highly related with nucleation site density and liquid film motion. And the pressure drop in the hydrophobic rectangular microchannel was higher than that in the hydrophilic rectangular microchannel, which was highly related with unstable motions of bubble and liquid film. Finally, we find out the wettability is important parameter on the flow pattern, which were highly related with two-phase heat and mass transfer.  相似文献   

17.
18.
针对膛口流场复杂的传热现象提出一个简化的工程计算模型。根据该模型得出:在一定条件下,流场内存在非线性波传热模式,并把运动的膛口焰火球近似看成一个非线性波,所得计算结果与实验数据相符。  相似文献   

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