微通道内纳米流体的流动与换热特性

以不同浓度的TiO2-水纳米流体和水为冷却工质,在扇形微通道热沉内进行流动和换热特性模拟和实验研究. 模拟采用有限体积法的两相混合模型,搭建了能测量纳米流体流量、进出口压降和温度、底面加热膜温度的实验系统;工质在微通道内的雷诺数处于207~465,加热膜热流密度为2 × 106 W/m2 . 结果显示:在扇形微通道内,纳米流体的摩擦阻力系数随Re变化趋势与水相似,且均比水大;随着Re的增大,各工质的摩擦阻力系数下降. 纳米流体的传热性能强于水;随着TiO2纳米颗粒浓度和Re的增大,Nu升高,纳米流体的强化传热能力随之提高.     

定热流加热下微管内部换热特征的实验研究

以蒸馏水为工质,流过内径分别为242 μm、315 μm 及520 μm石英管,石英管外部缠绕外径为80 μm的铜丝,通过给细铜丝通电来加热石英管以研究石英管内部的换热。根据细铜丝电阻值与温度的关系来确定石英管外壁的温度值,实现了定热流加热与温度测量的同步。实验得到了雷诺数Re在100～7000之间变化时的Nusselt数,并与经典的层流、过渡流及紊流换热准则方程式进行了对比。实验结果表明,在Re较低时,微石英管内部的Nu数低于常规经典的换热准则方程式的解,但随着Re数增加到1700～1900时,微石英管内Nu数已与过渡流准则方程式的解基本一致;当Re数增加到4000～5500左右时,微石英管内部换热Nu数达到常规尺度下的紊流换热方程式的解。     

凹槽型微通道内液体流动换热特性的实验研究

微通道热沉是解决微机电系统电子元器件冷却问题的有效途径.为提高微通道热沉的传热性能,设计2组不同水力直径的微通道热沉,分别在其流道壁面加工三角形凹槽和扇形凹槽.搭建微通道内液体单相流动与换热实验平台,以去离子水为流体介质,实验测试不同流量下微通道热沉的进出口液体压力、温度和加热面温度.以微通道流动压降、摩擦常数、加热面温度、努塞尔数和场协同数为评价标准,系统研究凹槽型微通道的流动和换热性能,结果表明:当水力直径相同时,扇形凹槽微通道内液体流动压降小于三角形凹槽微通道内的;当水力直径较小时,三角形凹槽微通道的换热性能优于扇形凹槽微通道的,水力直径较大时,扇形凹槽微通道则具有更好的散热能力;当单个通道内流体速度小于1.12 m/s时,扇形凹槽微通道的综合性能优于三角形凹槽微通道.     

设置三角形阻流件的通道内传热强化数值研究

对常物性流体在通道内的周期性充分发展层流对流换热特性进行了二维数值计算分析 ,所研究的通道是由两平行平板和交错布置于两平行平板上的多个三角形阻流件构成 .讨论了不同Pr数和不同Re数下阻流件高度、顶角和间距对换热系数的影响状况 .     

设置三角形阻流件通道内流体流动的可视化研究

设计和建造了一套实验装置,对流体在通道内的周期性流动特性进行了可视化研究,所研究的通道是由两平行平板和交错布置于两平行平板上的一系列三角形阻流件构成.研究表明当Re＞200时流体的流动将由层流转变为湍流.     

微管内流动与换热实验研究与分析

采用不同压力下的水蒸汽来加热微管,蒸馏水流过内径分别为215μm、322μm、530μm及765μm微管,实验同时测量了微管两端的压力降及流量.实验得到了Re数在100-7 000之间变化时的摩擦阻力系数f及Nu数,并与经典的流动阻力系数及经典层流、过渡流及紊流换热准则方程式进行了对比.实验结果表明,在Re数较低时,微管内部f值与经典的理论值基本相等,微管内部的Nu数略低于常规经典的换热准则方程式的解;在Re数增加到1 800-2 000时,f值偏离经典的层流解,但微管内的Nu数与过渡流准则方程式的解基本一致;当Re数增加到3 000-7 000左右时,f值达到或接近勃拉修斯解,管内部换热的Nu数达到常规尺度下的紊流换热方程式的解.[关键词]微管,摩擦系数,努谢尔特数     

不同形状微针肋通道流动与换热性能影响研究

采用CFD模拟软件,结合实验研究,针对圆形、三角形和方形截面微针肋通道流动与换热进行了三维数值模拟分析.分别模拟了不同雷诺数Re下,三种形状肋片的绕流流场和肋阵温度场分布,并计算摩擦阻力系数f、努谢尔特数Nu等参数评价针肋微通道流动换热性能.结果表明,f随Re的增大而减小,且低Re下,三角形针肋的f最小.Nu随Re的增加而增大.三种形状中,圆形针肋的Nu数最大,换热效果最好.综合流动和换热特性评估,认为圆形针肋比方形和三角形针肋更优.通过实验对比发现,微尺度效应对模拟结果的影响有一定的误差,但是整体趋势与模拟结果一致.     

19.6μm微管内部阻力特征

分别以蒸馏水、四氯化碳为工质,流过内径19.6 μm光滑石英管,分别采用"单管法"和"双管法"测量微管进出口压力、温度和流量,实验得到了雷诺数(Re数)在9.6～530之间的微管内部流动阻力,并与经典理论值进行了对比.实验研究结果表明,粘性耗散效应降低了摩擦系数,降低了约13.7%;进出口压力降、入口效应与双电层效应(electrical double layer,EDL效应)则增加微管内部摩擦系数,在Re数相同时,其中,进出口压力降与入口效应大约增加了16.12%摩擦系数,EDL效应增加了约6.84%摩擦系数.忽略3种微尺度效应,19.6 μm管流动摩擦系数与Hagen Poiseuille理论值几乎一致.     

微粗糙管内部流动与对流换热的实验研究

以蒸馏水为工质,流过内径分别为168μm和399μm、内部粗糙度分别为8％和3％的不锈钢管．通过直接电加热,采用红外成像仪测量了各种恒定加热功率及不同雷诺数(Re)下的钢管壁面的温度场,同时测量了微管进出口压力降和流量,由此计算了在不同Re下的努谢尔特数(Nu)和管内摩擦阻力系数(f)．实验结果表明, 在低Re下,微管内部f的值与Hagen-Poiseuille解基本一致,但微钢管内部的Nu要略高于Hausen的解;当Re 达到800左右时,内径为168μm的管内部f的值已开始偏离Hagen-Poiseuille解,Nu急速上升并形成拐点,这是由于流动发生转捩导致的．     

鱼鳞仿生结构微通道的流动与传热特性研究

从自然界鱼鳞和鲨鱼皮盾鳞结构中得到灵感，设计了一种新型鱼鳞仿生结构微通道以提高综合传热性能.采用数值模拟方法，对比研究了在层流时鱼鳞结构、个数及排布方式对仿生结构微通道流动与传热的影响.将鱼鳞结构布置于微通道底部换热面，分为普通鱼鳞结构(NF)、垂直劈缝鱼鳞结构(VF)和等比劈缝鱼鳞结构(EF),沿流动方向(y轴)的排布方式分为平行排布(P)、品字形排布(T)和交错排布(S),鱼鳞个数分别为4、8、16及32个.模拟结果表明：与参考通道(光滑微通道)对比，鱼鳞仿生结构微通道的强化传热因子η值均在1.05～2.08范围内，综合传热性能均得到明显提高；在平行排布方式下，鱼鳞个数为32的垂直劈缝鱼鳞结构微通道的综合传热性能最佳，在Re=1 180时，获得最大η值为1.39.进一步分析不同排布方式下微通道流动与传热性能发现，相较于平行排布，采用品字形排布微通道强化传热因子η值明显提高.同时，品字形排布的等比劈缝鱼鳞结构微通道由于压降更低，综合传热性能最佳.当Re=1 180、鱼鳞个数为32时，品字形排布等比劈缝微通道T-EF32的强化传热因子η值最大，为2.08,比平行排布的等比劈缝微通道P-...     

Experimental study on visualization of the flow field in microtube

Fluid flow in microtubes and microchannels has emerged as an important area of re-search. Because advances in microelectro-mechanical systems (MEMS) and other mi-crotechnologies involving fluid transport require the use of microfluidic components, which are often interconnected by tubes and channels. Up to now, many researches es-pecially on experimental studies have been performed to clarify the heat and mass transport characteristics in the microtube and microchannels. Wang and Peng[1] exp…     

工质对微石英管内部流动特征的影响

为采用“两管法”以消除进出口压力降及入口效应对流动的影响,分别以蒸馏水、CCl_4及N_2为工质,测量其流过内径d分别为19．60、44．63、91．65及140．86μm微石英管的流量与进出口压降,得到微管内部充分发展流的摩擦阻力系数f与Re的关系．实验结果表明,除d=19．60μm的管外,其他管在Re较小时,微管内部的f值与Hagen-Poiseuille解几乎一致;当Re升高到1300时,f已开始偏离Hagen-Piseuille解．对于d=19．60μm的管,在Re＜500,工质为蒸馏水时,f比Hagen-Poiseuille解高10%～15%;工质为CCl_4时,f仍然约等于Hagen- Poiseulle解;工质为N_2时,f比Hagen-Poiseulle解低8%～10%．     

Flow frictional characteristics of microencapsulated phase change material suspensions flowing through rectangular minichannels

1 Introduction MEPCM, i.e. microencapsulated phase change material, is formed as shown in Fig. 1 by packing phase change material (PCM) into a microcapsule with a solid but flexible shell; the size of the MEPCM particles ranges from 1 to 100 μm[1,2]. The shell separates the core PCM (solid or liquid) from outside substances and tolerates volume changes in the core due to phase change. Widespread applications of MEPCM include: enhancing performance of fluid convective heat transfer, te…     

圆管流速骤增对局部阻力的影响

为探究流速骤增引起的阻力特性以及相关受制因素的受控特性,采用速度骤增比分别为 25:1 和 4:1 的透明有机玻璃圆管和不同来流紊流程度的试验装置进行了局部阻力测试试验。试验结果表明,速度 骤增管的阻力系数先随雷诺数增加而急剧减小,而后随雷诺数的增加逐渐减少直至不变。随着上游来流的紊 流强度增加,在试验所测雷诺数范围内,局部阻力系数因分离流再附点提前而减小;速度骤增管的局部阻力 系数不仅与速度骤增比和突缩结构有关,同时在设计管内流速下与雷诺数成负相关。这一试验结果与经典教 科书对突缩阻力系数与雷诺数无关的传统经验公式并不相同,对管网设计过程中必须进行的总阻力准确评估, 具有一定的参考意义。     

窄环形流道流体阻力与传热特性的研究

以蒸馏水为实验工质,用紫铜管对间隙为0.540～2.685 mm和间隙为0.540 mm的窄环形流道的流体分别进行了阻力和传热特性的实验研究。结果表明：窄环形通道内流体流动出现了从层流向湍流过渡提前的现象,且转捩雷诺数随着窄环隙尺寸的减小而降低。当Re〉750时,窄环形流道能够加强传热效果;而当Re〈750时,出现传热恶化现象,窄环形通道的传热系数小于理论计算的传热系数。     

极小尺寸圆形空气射流强化换热的实验研究

采用极小尺寸喷嘴进行了圆形空气射流的实验研究,测定了在不同雷诺数Ｒｅ和喷射间距对圆形空气射流冲击换热的影响．拟合得到了驻点换热的经验公式,并与己有文献结果进行了比较．实验测量了圆形空气射流换热系数径向分布,得到单调性变化的一般结果;实验还表明在一定的Ｒｅ和喷射间距下圆形空气射流换热系数径向分布出现层流向湍流过渡．     

低雷诺数涡轮叶栅损失的实验与数值模拟研究

发动机涡轮部件在高空低速飞行条件下工作雷诺数降低，其损失显著增大、效率显著降低。本研究的目的是应用实验分析与数值模拟相结合的方法，深入认识高空低雷诺数条件下涡轮流动损失的特征和规律，数值计算是基于Jameson中心差分格式和Runge-Kutta时间推进的方法求解N-S方程完成，实验是在西北工业大学低速涡轮平面叶栅实验风洞进行。研究表明，随着雷诺数降低，涡轮叶栅流动损失增大，当雷诺数小于40000之后，涡轮叶栅流动损失呈明显增大的趋势。数值计算结果表明在低雷诺数条件下，涡轮叶栅吸力面后部流动产生了分离，这是流动损失增大的主要原因。数值预测的结果与实验测量结果的趋势吻合得相当好。     

水平旋转圆筒表面对流质交换准则关联式

为研究高葛拉晓夫数下水平旋转圆筒表面稳定传质状态下局部舍伍得数、旋转雷诺数、高葛拉晓夫数和施米特数之间的关系,用特制的微型热偶式干湿球温度计和量热计对圆筒表面的温度边界层和浓度边界层进行了测试,发现了旋转对于圆筒表面顺向侧和逆向侧对流传质的影响特点,揭示了局部对流质交换系数h和平均对流质交换系数h随旋转转雷诺数Rer变化的规律.根据实验数据,归纳和整理出了稳定传质状态下水平旋转圆筒表面的准则关联式及临界雷诺数Rer,cri的判别式.     

小尺度流道换热器流动特性实验研究

在单相强迫对流情况下,对不同当量直径,流道截面形状分别为矩形或三角形的小尺度流道换热器,以水和乙二醇溶液为介质,进行实验研究,并与常规尺度流道换热器的流动特性进行比较,结果表明：小尺度流道内流动阻力系数低于常规尺度流道,矩形流道换热器阻力特性明显优于三角形流道换热器,流动阻力系数f随当量直径的增大而增大,阻力系数与介质Pr数无关,小尺度流道内流体流动的临界雷诺数Rec在700-1200之间。     

地铁站板式蒸发冷却器叉流条件下传热传质特性

在气液叉流条件下,采用非接触式红外热成像测温方法,就不同气相雷诺数和液膜雷诺数对地铁站板式蒸发冷却器液膜传热传质特性影响进行了实验研究,结果表明：对于确定的被冷却水温,在液膜雷诺数增加的过程中,液膜厚度逐渐增加,进出口温差逐渐减小,削弱液膜换热,但雷诺数上升使得液膜湍动强度增强,强化了液膜换热,在这2个因素的协同作用下,存在最佳液膜流动雷诺数,使得液膜的换热热阻最小,传质最强,换热系数最大。