基于有限元计算的微流控聚焦装置液滴生成特性分析

研究微流控聚焦装置液滴生成特性是液滴微流控芯片结构优化设计的基础。利用水平集方法结合有限元技术建立了微流控聚焦装置内液滴生成过程的数值计算模型,并分析了分散相与连续相流速比、微流道几何结构对液滴生成机制和液滴生成特性的影响规律。在一定的流速比、微流道入口宽度比范围内,均生成了性态良好的液滴。当分散相与连续相入口宽度比大于1时,液滴尺寸随连续相入口宽度、连续相流速的增大而减小,液滴生成频率随连续相入口宽度、连续相流速的增大而增大;当分散相与连续相入口宽度比小于1时,液滴尺寸随分散相入口宽度增大而增大,随连续相流速的增大而减小,液滴生成频率随分散相入口宽度、连续相流速的增大而增大。数值计算结果表明：微流控聚焦装置液滴生成受几何结构、流速及两相流体物性参数的耦合作用,模拟计算的结果可为微流控聚焦装置结构优化设计提供指导。     

射流冲击泡沫金属强化电子器件冷却的实验研究

实验研究射流冲击泡沫金属的强化传热在电子器件冷却中的作用,分析热流密度、传热面与喷射气流温度差、喷射速度和喷嘴距泡沫金属上表面的高度等因素对传热特性的影响。在泡沫金属材质为铜,孔隙率为0.96,喷嘴宽度为0.5cm的情况下,喷嘴距泡沫金属上表面高度越低和喷射速度越大,泡沫金属的传热效果越明显,冷却效果越显著,并对实验数据,进行最小二乘法拟合,得到相应的拟合方程式。该文的分析结果,可为射流冲击泡沫金属强化传热技术的应用提供一定指导和借鉴。     

喷淋高度对氨喷雾相变冷却特性的影响

喷雾相变冷却具有高热流密度的换热能力,本文通过建立喷雾相变冷却实验系统,以液氨为工质,使用单喷嘴,对冷却面为2.5 cm×1.2 cm的热沉进行了实验研究。结果表明:以氨为工质的喷雾相变冷却具有较高的换热能力;在热流密度达到400W/cm~2时,热沉表面的温度在15℃以下;在实验工况不变时,随喷嘴喷淋高度的降低,临界热流密度值(CHF)增大,最大换热系数可达95000 W/(m~2·K)。     

可调式引射器对两相流引射制冷循环系统性的影响

在两相流引射制冷循环中,采用引射器来代替膨胀阀,回收节流过程中的膨胀功。采用可调式喷嘴引射器,通过调节喷针的位置调节引射器喷嘴出口的流通截面积来改变工作流体的流量。对以R134a为工质的两相流引射制冷循环系统进行实验研究并对引射器内部的流动进行数值模拟,分析喷嘴喉部截面积和扩张角对R134a两相流引射制冷系统性能的影响。模拟结果和实验结果均表明:在定工况条件下,引射器的引射比随喷嘴喉部截面积的增大而升高,而随喷嘴扩张角的增大先升高后减小,在喷嘴扩张角为3°时取得最大值。系统的COP随喷嘴喉部截面积的增大先升高后减小,在喷嘴喉部截面积为2.84mm2时,系统COP取得最大值。     

飞秒激光直写PMMA制备微流道的工艺技术研究

针对目前PMMA微流道加工质量差和效率低的问题, 对飞秒激光直写PMMA制备微流道的工艺技术进行了研究。通过实验分析了不同激光参数对微流道的宽度、深度、粗糙度、微流道两侧堆积物火山口高度的影响及变化规律。实验结果表明, 当激光扫描速度为20 mm/s时, 激光功率为0.5 W时, 微流道粗糙度较低且变化幅度不明显; 激光能量从0.5 W增加到0.75 W时, 微流道的宽度、深度与激光能量呈线性关系增加; 激光功率大于0.5 W时, 随着激光功率以及加工次数的增加, 微流道宽度、深度、粗糙度以及堆积物火山口的高度逐渐增加。经过计算得出, PMMA的烧蚀阈值为0.357 J/cm2。通过优化工艺参数, 制备出粗糙度较低、表面光滑、深度为16 μm的微流道芯片。     

冷源冷量对压缩/喷射制冷系统性能影响的实验研究

实验研究了喷射器的最优喷嘴距及在此条件下,冷凝器进水冷量对喷射器及双蒸发压缩/喷射制冷系统性能的影响,同时对双蒸发压缩/喷射制冷系统与蒸汽压缩制冷系统进行了对比研究.结果表明:喷射器引射系数随冷凝器进水冷量的增大而减小,喷射器升压比随冷凝器进水冷量的增大而增大;双蒸发压缩/喷射制冷系统COPp随冷凝器进水冷量的增加先快...     

二维斜面粗糙边界附近颗粒流量密度分布

以往的实验研究中，已经知道粗糙边界条件下，二维颗粒流的颗粒流量是以通道中心横向对称分布的，颗粒流横向分布既受通道宽度的影响，同时也受通道斜面倾斜角的影响，而且颗粒在通道两侧的分布明显少于通道中间. 主要研究粗糙边界附近颗粒分布随通道宽度以及通道斜面倾斜角的变化规律. 在稀疏流状态以及保持边界墙体的粗糙度不变的条件下，对应不同通道宽度，粗糙边界附近10d范围内的颗粒流量密度(ξ=ρv)随斜面倾斜角的增大而减小，颗粒流量密度随通道宽度的变化存在一临界宽度Wc；在通道宽度小于Wc时，粗糙墙体附近10d范围内颗粒流量密度ξ随sinθ呈指数衰减，通道宽度大于Wc时，颗粒流量密度ξ_sinθ曲线随θ增大几乎呈线性减小. 关键词： 二维颗粒流 颗粒物质 颗粒流量密度     

两段式喷嘴对CO_2两相流引射制冷系统性能的影响

文章对采用两段式喷嘴的引射器及其两相流引射制冷系统在不同工况、不同几何尺寸条件下进行了实验研究。实验结果表明,在实验工况固定的条件下,采用两段式喷嘴的CO_2两相流引射制冷系统的COP随引射器第一喉部直径的增大而增大,引射比随第一喉部直径的增大而减小;系统COP和引射比随引射器中间连接直径的增大而减小。对于固定几何尺寸的引射器,系统COP随气冷器出口压力的升高而增大,引射比随气冷器出口压力的升高先减小后增大,在9MPa时引射比最小。与传统的CO_2制冷系统相比,采用两段式喷嘴的CO2两相流引射制冷系统的COP在不同工况的条件下均高于传统系统的COP,最大可提高约15%。     

内通道液冷镜湍流状态下弯道流阻影响因素分析

采用有限体积方法,研究了矩形内通道直角弯道流场及压力损失系数,主要分析通道尺寸、冷却液流速、冷却液浓度等因素对局部流场和压力损失系数的影响规律。结果表明:压力损失系数随流道宽度a和流道高度b的增大而逐渐减小,随流道间距e先下降后略微上升;弯道宽度c的变化会引起弯道局部流场和压力损失系数发生变化;液流流速越大,压力损失系数越小;冷却液浓度越大,压力损失系数越大。     

开式单喷嘴喷雾冷却均匀性实验研究

针对高热流密度激光介质高效散热与均匀冷却技术需求,设计并搭建了以去离子水为冷却工质的开式单喷嘴喷雾冷却实验平台,实验研究获得了不同热流密度（16～110 W/cm2）、不同冷却工质流量（200～300 mL/min）以及不同喷雾高度（15～25 mm）下单相喷雾冷却换热系数及其冷却均匀性效果。结果表明:该实验工况下,不同热流密度条件下喷雾高度及工质流量对于单相喷雾冷却换热效率及温度均匀性影响显著;喷雾高度15 mm、工质流量200 mL/min时获得最大对流换热系数为5.93 W/（cm2·K）;喷雾高度15 mm、工质流量250 mL/min时面积20 mm×20 mm的热源表面温度均匀性最佳可优于0.6 ℃。     

大冷量相变喷雾冷却的实验研究

相变喷雾冷却具有很高的换热效率和临界热流密度,为了获得大冷量相变喷雾冷却特性,文中设计并搭建了开式喷雾冷却性能实验台,采用R22制冷剂开展了大热流密度喷雾冷却特性的实验研究,详细研究了不同喷嘴入口压力、不同喷雾高度以及不同加热功率下R22的喷雾相变冷却效果。实验结果的分析表明:采用R22时最高热流密度可达到150W.cm-2,其对应的被冷却表面温度为-29.0℃,具有高热流密度及低冷却表面温度的显著特点;实验还从一定程度上揭示了喷嘴高度和喷嘴入口压力对R22喷雾冷却效果的影响。     

超音速两相流极限升压能力的理论与试验研究

采用理论和实验的方法研究了一定汽水参数下的超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力以及主要结构参数对其的影响规律。计算与实验的结果表明:超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力计算值可达进汽压力的14倍左右,实验值可到进汽压力的2.6倍左右;混合腔和水喷嘴的几何尺寸是影响极限升压能力的最主要的结构参数;极限升压能力随混合腔收缩比增大而增大,随水喷嘴出口与混合腔喉部截面积比增大而减小,随蒸汽喷嘴喉部与出口截面积之比变化不大。计算和实验得到的结构参数对极限升压能力的影响规律是基本一致的。     

N2稀释对双旋流合成气非预混燃烧特性的影响

利用平面激光诱导荧光（PLIF）、高温细丝热电偶及红外气体分析仪对不同N₂稀释量下的双旋流合成气非燃烧流场进行了实验研究。实验结果表明,随着N₂稀释量的增加:双旋流合成气火焰的基本结构发生变化,火焰会出现典型的推举火焰特征;火焰锋面被拉伸,主要反应区域轴向长度和径向宽度增大,喷嘴出口附近火焰锋面由M型分布逐渐转变为W型分布,轴线上未反应区域不断扩大;火焰张角与穿透深度增大,火焰推举高度减小;燃烧排气温度略有减小,NO排放明显降低。     

制冷剂耦合空气瞬态喷雾冷却传热实验研究

本文提出了针对激光治疗太田痣手术的制冷剂耦合空气冷却方法,以环氧树脂作为冷却基质研究了制冷剂与空气喷嘴夹角以及空气压力对冷却效果的影响。发现空气辅助下制冷剂喷雾冷却效果有一定程度的改善;在空气压力较小时,随夹角的增大,冷却效果提高;但当空气与制冷剂喷嘴夹角一定时,温度回升速率随着压力升高逐渐加快,能够达到的最低温度也随之升高,不利于冷却。     

喷嘴喉部直径对CO2引射制冷系统性能的影响

为探索两级汽液分离CO2引射制冷系统中喷嘴第一喉部直径对其性能的影响,实验测量了使用不同喷嘴第一喉部直径的两级汽液分离CO2引射制冷系统的性能,并与传统CO2两级节流引射制冷系统进行了比较.实验结果表明,随着第一喉部直径的增大,引射比和系统COP均逐渐增大,引射比在第一喉部当量直径为2.0 mm时达到最大值,而系统CO...     

基于拉格朗日跟踪法的波纹流道流体特性研究

采用正交实验方法考察了具有不同结构参数的三维周期波纹流道中的流体性能,并采用Webb评价方法对其进行性能评价。比较了不同波纹宽度的波纹流道的阻力因子e_f、传热因子e_Nu和能效因子η的值,结果表明三者都随Re的增大而增大,波纹宽度最小时能效因子η最大。流体在波纹流道中垂直于主流方向的横截面上产生二次流,随着Re增大,二次流增强,阻力增大,温度边界层减薄,温度等值线分布变得不均匀,传热增强。采用拉格朗日粒子跟踪技术分析了不同Re下,流体粒子在波纹流道内的运动轨迹,绘制了不同周期出口流体粒子的庞加莱截面图,结果表明流体粒子在波纹流道中被反复拉伸和折叠,增加了流体粒子的接触面积,提高混合效率,强化了传热。     

两段式喷嘴引射器制冷循环系统性能的实验研究

使用两段式喷嘴的引射器可以将喷嘴中较大的制冷剂液滴破碎,从而有效提高两相流引射器及制冷系统的效率。以R134a为工质,对采用两段式喷嘴引射器的两相流引射制冷系统进行了实验研究,重点分析了固定工况下喷嘴的几何尺寸对引射比及系统性能的影响。结果表明,随着引射器喷嘴第一喉部面积的增加,其引射比逐渐增大,系统COP整体上呈上升趋势;随着引射器喷嘴第二喉部面积的增加,引射比也逐渐增大,而系统COP先升高后降低,在第二喉部面积为2.83mm2时达到最大值;较小的第一段喷嘴扩张角可显著提高引射器的引射比。     

阵列喷嘴干冰喷雾冷却特性数值研究

针对高热载荷电子设备散热冷却问题,开展阵列喷嘴干冰升华喷雾冷却特性数值模拟研究。分析了阵列喷嘴入口速度、喷雾高度和模拟热源加热热流密度对干冰喷雾冷却特性和温度均匀性的影响。结果表明：入口速度50 m/s时,热源表面平均温度达到最低值276.3 K;喷雾高度为3 mm时,热源表面的温度均匀性效果最佳。提高干冰入口速度和降低喷雾高度可强化冷却效果和热源表面热均匀性,模拟热源加热热流密度对干冰喷雾冷却换热系数影响不明显。     

喷嘴结构对涡流管性能影响的研究

以喷嘴形状为研究对象,分别对4流道螺旋喷嘴涡流管和直流喷嘴涡流管的流场及能量分离效应进行数值模拟分析,并将其结果进行对比。研究结果表明:配有螺旋喷嘴的涡流管能获得更大的切向速度与轴向速度;在一定范围内,涡流管冷端温差随着冷流率的增大而减小,热端温差随着冷流率的增大而增大;当冷流率为0.4时,涡流管单位制冷量与制热量都达到最大值。相比于直流喷嘴,配有螺旋喷嘴的涡流管能获得更好的能量分离效果。     

激光等离子体中3/2ω_0谐波的实验观测

测量了激光产生的等离子体中3/2ω_0谐波的发射。结果表明,在靶面功率密度为10~(14)W/cm~2量级的情况下,3/2ω_0谐波发生蓝移,蓝移量约为70A。谐波本身加宽量为26A,随靶面功率密度增加,加宽量亦略有增大。