长微直管内气体低速流动的亚堵塞现象

长微直管道内多流态并存的流动特性研究不仅有理论意义，而且在太空飞行器的控制系统中有着重要的应用价值.采用实验研究和理论模型近似分析相结合的方法研究了长微直管道内的气体流动特性.实验中，以空气为工作介质，进口压力分别设定为130，250，320kPa，出口压力变化范围为9—100?kPa.沿程分布有五个测压点，进出口设有温度传感器，测量出口流量的同时可以得到沿程压力分布.近似理论模型采用二维平板近似模型.研究发现，在保持进口压力不变、不断降低出口压力的条件下，当进出口压比低于5.3左右时，质量流量随压比增加 关键词： 长微直管道 亚堵塞 表面积与体积比 多流态并存 临界压比     

Application of BGK Scheme on Micro-Channel Gas Flow

A modified gas kinetic Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) scheme for microflow has been developed upon the simultaneous collision model. Based on experimental and numerical results, the sub-choked pressure ratios areinvestigated. The current numerical approach is validated to provide a practical solution for microchannel flow.     

Gas flow characteristics in straight silicon microchannels

Experiments have been conducted to investigate nitrogen gas flow characteristics through four trapezoidal silicon microchannels with different hydraulic diameters. The volume flow rate and pressure ratio are measured in the experiments. It is found that the friction coefficient is no longer a constant, which is different from the conventional theory. The characteristics are first explained by the theoretical analysis. A simplified rectangular model (rectangular straight channel model) is then proposed. The experimental results are compared with the theoretical predictions based on the simplified rectangular model and the two-dimensional flow between the parallel-plate model which was usually used. The difference between the experimental data and the theoretical predictions is found in the high-pressure ratio cases. The influence of the gas compressibility effect based on the Boltzmann gas kinetic analysis method is studied to interpret the discrepancy. We discuss two important factors affecting the application extent of different prediction models.     

表面粗糙度对微细管内气体流动特性的影响

采用了表面粗糙度粘性系数模型对微细管内的气体流动进行数值模拟，以研究微管内壁表面粗糙度对微管内气体流动的影响。运用本文改进的表面粗糙度粘性系数模型，数值模拟与实验数据十分吻合。计算结果表明，进出口压力一定时，表面粗糙度对流场的压力、密度及温度分布的影响不大，但是对速度场的影响十分显著，表面粗糙度使气体流动速度减小，并使壁面附近的速度梯度减小，从而使通过管道的气体质量流量减小，在微管内的气体流动中，表面粗糙度的影响是不能被忽略的。     

变截面微管道内声速点位置及临界压比

等直-收缩-扩张-等直（SCDS）变截面微管道主要应用于微型空间推进器和微型气体涡轮机等微器件中，研究其内流动特性对指导上述两种微器件的设计和性能的提高具有非常重要的意义.采用硅微加工技术在硅片上制作出矩形截面三维SCDS微管道，喉部宽度为16μm，深度为20μm，收缩比为1.625∶1实验测量了不同进出口压比条件下微管道内氮气的流量特性.实验设定进出口压比值范围为1.0—4.0，由此出口体积流量范围为0—0.12mL/s，流动的特征雷诺数小于350在实验研究的基础上，采用有限体积法对其内部流动特性进行了数值模拟，数值模拟结果与实验结果相符合.数值模拟结果发现两点不同于常规流动的特异现象：其一为最早出现声速点不在最小截面喉部附近，而是移到出口截面附近，即声速点的位置发生变化；其二为在进出口压比达到4.0时，SCDS微管道内部流场才出现声速点，即临界压比值（这里将管道内部首次出现声速点时对应的当地点压力与进口压力的比值定义为临界压比）发生变化.将其原因归结为表面效应（表面积与体积比值S/V）的影响，并进一步研究了这两点特异现象与S/V值之间的关系. 关键词： 等直-收缩-扩张-等直变截面微管道 声速点位置 临界压比 表面积与体积比值