顺排微柱群内部层流流动特性 被引量：12

1

作者 管宁 刘志刚 张承武 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期664-671,共8页

采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了去离子水在低Reynolds数下流过顺排微柱群内部时的速度场、压力场以及流动阻力特性。实验测量了柱直径为0.5 mm,柱高度分别为1.00、0.75、0.50、0.25 mm的顺排微柱群的阻力系数,发现在端壁面效应... 采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了去离子水在低Reynolds数下流过顺排微柱群内部时的速度场、压力场以及流动阻力特性。实验测量了柱直径为0.5 mm,柱高度分别为1.00、0.75、0.50、0.25 mm的顺排微柱群的阻力系数,发现在端壁面效应的作用下,微柱群内阻力系数随柱高增加而减小,且现有关联式对实验结果预测并不理想。因此建立了三维不可压数学模型,数值模拟了柱间距分别为0.75、1.00、1.25 mm,柱高度分别为1.00、0.75、0.50、0.25 mm,行数分别为3、5、7、9,列数分别为5、10、15、20的顺排排列微柱群的内部流场及旋涡的分布,在此基础上获得了顺排微柱群流动阻力的新型计算关联式。研究发现,随着柱间距的增大,流场内旋涡增多,流动阻力增大。此外,顺排微柱群内部阻力系数随着柱高的增加、列数减少而减小,而微圆柱排数对阻力系数的影响在本文研究范围内不明显。研究还表明,本文所得关联式在40<Re<150范围内与实验值偏差为10%～25%,能够对微柱群内部流动特性进行有效估算。 展开更多

关键词 微柱群 端壁面效应 层流流动 旋涡 阻力特性

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微柱群阻力特性实验研究 被引量：7

2

作者 张承武 刘志刚 +1 位作者 梁世强 管宁 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1898-1900,共3页

以去离子水为工质,流经直径为0.5mm,高度分别为1.0 mm、0.75 mm、0.5 mm和0.25 mm的圆柱组成的柱群板,其宽度与长宽分别为3.5 mm和40 mm,测量通道进出口压差及流量,研究微柱群内部分别在叉排和顺排时液体流动的阻力特性。研究表明,微柱... 以去离子水为工质,流经直径为0.5mm,高度分别为1.0 mm、0.75 mm、0.5 mm和0.25 mm的圆柱组成的柱群板,其宽度与长宽分别为3.5 mm和40 mm,测量通道进出口压差及流量,研究微柱群内部分别在叉排和顺排时液体流动的阻力特性。研究表明,微柱群内流动阻力系数f随Re数的增大而逐渐减小,当Re数大于500时,f基本不变;微柱高度和直径之间存在一个有利于流动的最佳比例,该值介于1到1.5之间;顺排微柱群的f明显小于叉排微柱群,其f值为叉排微柱群的0.5倍。 展开更多

关键词 微柱群 圆柱绕流 阻力特性

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叉排微柱群内顶部缝隙对传热效率的影响 被引量：6

3

作者 刘志刚 张承武 管宁 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期1025-1031,共7页

以去离子水为工质,实验研究了直径为500μm、高度为500μm以叉排排列的微柱群内顶部缝隙对传热效率的影响规律。采用电加热棒进行加热,测量微柱群板Reynolds数在8～400之间在不同顶部缝隙时的进出口温度与流量,获得微柱群内流动阻力系数... 以去离子水为工质,实验研究了直径为500μm、高度为500μm以叉排排列的微柱群内顶部缝隙对传热效率的影响规律。采用电加热棒进行加热,测量微柱群板Reynolds数在8～400之间在不同顶部缝隙时的进出口温度与流量,获得微柱群内流动阻力系数及Nusselt数,进而掌握微柱群内传热效率与Re关系。研究结果表明,在较低Re时,顶部缝隙对微柱群内流动阻力和Nu影响较小;随着Re增加,其对流动阻力与Nu的影响越来越显著。微柱群传热效率一开始随着Re增加而快速增加,随着Re进一步增加,其传热效率开始缓慢增加甚至出现下降。根据实验结果,尽管微柱群顶部缝隙存在降低了其内Nu,但提高了微柱群的传热效率。 展开更多

关键词 微柱群 顶部缝隙 传热效率 流动阻力 NUSSELT数

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垂直微柱蒸发器干涸阈值模型求解及尺寸优化

4

作者 高申宝 焦凤 何永清 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期275-284,共10页

对现有干涸阈值模型进行优化,加入重力的影响,并与毛细作用力和渗透率的求解方法进行组合,得到了平均误差约为7%的表征垂直微柱蒸发器换热性能的最佳组合模型(Darcy_avg(S)+SE)。利用该模型研究了微柱几何结构的影响,发现蒸发器最大换... 对现有干涸阈值模型进行优化,加入重力的影响,并与毛细作用力和渗透率的求解方法进行组合,得到了平均误差约为7%的表征垂直微柱蒸发器换热性能的最佳组合模型(Darcy_avg(S)+SE)。利用该模型研究了微柱几何结构的影响,发现蒸发器最大换热能力在渗透率与毛细压力间平衡,几何尺寸接近最佳间距比(d/l≈0.35)及高的微柱对应更高的散热能力,具有更小后退接触角的微柱群对应更高的干涸阈值。重力作用下干涸长度的增加导致干涸阈值的显著降低,遗传算法能有效地用于求解不同干涸长度下的最优尺寸。排列方式影响干涸阈值,最佳间距比下叉排布置的微柱阵列较顺排布置换热能力提升近13%。 展开更多

关键词 微柱群 蒸发器 干涸阈值 优化 薄膜蒸发

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微柱群多孔介质内部流场的实验研究 被引量：2

5

作者 王鹏伟 王昊利 翟美红 《中国计量学院学报》 2013年第4期387-392,共6页

用PDMS加工了5个宽2mm、深100μm、长4cm的微通道,其内部充满方形排列的微柱群形成多孔介质模型,采用微流体粒子图像测速仪(Micro-PIV)获得该多孔介质内速度场的分布,在此基础上计算了剪切应力,得到剪切应力场分布及其均方根.实验结果表... 用PDMS加工了5个宽2mm、深100μm、长4cm的微通道,其内部充满方形排列的微柱群形成多孔介质模型,采用微流体粒子图像测速仪(Micro-PIV)获得该多孔介质内速度场的分布,在此基础上计算了剪切应力,得到剪切应力场分布及其均方根.实验结果表明,速度分布具有较好的对称性,符合低雷诺数条件下的流动规律.速度值沿展向呈现类谐波的周期性变化规律,不同流向位置的速度幅值不同.靠近圆柱壁面的对称位置存在两条流线,其上流速保持不变.由剪切应力分布可看到近壁区存在较大速度梯度,剪切强度与雷诺数成正比,与孔隙率的三次方呈近似反比关系. 展开更多

关键词 微柱群 多孔介质 微流体粒子图像测速仪 速度场 剪切应力

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加热热通量对微柱群通道内强迫对流换热的影响 被引量：2

6

作者 张承武 刘志刚 管宁 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期3080-3085,共6页

以去离子水为工质,流经宽度3.5mm、长度40mm的叉排微柱群板,微柱群由直径500μm,高度分别为500、750、1000μm的微柱组成。实验研究微柱群内部加热热通量对换热特性的影响。采用电加热棒进行加热,测量微柱群板Reynolds数在100～1000之... 以去离子水为工质,流经宽度3.5mm、长度40mm的叉排微柱群板,微柱群由直径500μm,高度分别为500、750、1000μm的微柱组成。实验研究微柱群内部加热热通量对换热特性的影响。采用电加热棒进行加热,测量微柱群板Reynolds数在100～1000之间时的进出口温度与流量,进而获得微柱群内部Nusselt数。研究结果表明,加热热通量对微柱群换热特性有重要影响。一方面,加热热通量的增大导致工质平均温度升高,工质Prandtl数降低,削弱了工质的换热能力;另一方面,加热热通量的增大降低了工质黏度,加剧了工质热运动,扰动增强,强化了工质的换热能力。当Re较低时,加热热通量的增大由于削弱了端壁面效应对换热的不利影响,同时增加了壁面与工质之间的温差,从而导致换热强化;随着Re的增大,端壁面效应减弱,因而加热热通量的增大对微柱群内部换热的影响减弱。 展开更多

关键词 微柱群 加热热通量 对流换热 NUSSELT数 端壁面效应

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流体绕流微柱群的Micro-PIV实验研究 被引量：2

7

作者 李永 吕明明 +1 位作者 刘志刚 祝叶 《山东科学》 CAS 2018年第6期50-54,共5页

微柱群通道内的流动特性是设计与优化其散热结构的基础。采用显微粒子测速技术(Micro-PIV)对绕流微柱群流动进行研究,测定了不同Re下的绕流流场,分析了绕流微柱群的速度场以及Re对涡结构及回流长度的影响。结果表明,随着Re的增大,微圆... 微柱群通道内的流动特性是设计与优化其散热结构的基础。采用显微粒子测速技术(Micro-PIV)对绕流微柱群流动进行研究,测定了不同Re下的绕流流场,分析了绕流微柱群的速度场以及Re对涡结构及回流长度的影响。结果表明,随着Re的增大,微圆柱尾流区出现涡结构,回流长度逐渐增大,微尺度下柱体绕流过程中边界层分离现象相对于宏观尺度具有一定的滞后性。 展开更多

关键词 微柱群 圆柱绕流 MICRO-PIV 回流 涡结构

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基于Micro-PIV的不同截面形状微柱群内部流场特性研究 被引量：1

8

作者 刘志刚 吕明明 +2 位作者 孔令健 贾磊 江亚柯 《山东科学》 CAS 2019年第5期81-87,共7页

采用显微粒子测速技术(Micro-PIV)对圆形、椭圆形及菱形等不同截面形状错排微柱群绕流流动进行研究,得到了不同雷诺数(Re)下微柱群内部的速度场、流线等绕流流场信息,分析了Re与截面形状对绕流流场结构的影响规律。研究结果表明,微柱体... 采用显微粒子测速技术(Micro-PIV)对圆形、椭圆形及菱形等不同截面形状错排微柱群绕流流动进行研究,得到了不同雷诺数(Re)下微柱群内部的速度场、流线等绕流流场信息,分析了Re与截面形状对绕流流场结构的影响规律。研究结果表明,微柱体绕流过程中漩涡脱落相对于常规尺度具有一定的滞后性;圆形微柱体背风区最早发生流动分离,菱形、椭圆形次之;随着Re的增大,微柱体尾流区出现涡结构,回流长度逐渐增大,在三种截面形状微柱群绕流流动中圆形截面微柱群的回流长度和回流区域最大。 展开更多

关键词 MICRO-PIV 微柱群 流场特性 流线 涡结构

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壁面加热热流密度对微柱群内部换热特性的影响

9

作者 管宁 刘志刚 +1 位作者 张承武 梁世强 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期609-613,共5页

采用实验与数值模拟相结合的方法研究去离子水在不同加热热流密度下流过叉排排列微柱群内部时工质热物性对对流换热的影响规律.实验中采用电加热棒对一体化微柱群散热元件进行加热,测得不同加热功率下微柱群内部努塞尔数(Nu);同时建立... 采用实验与数值模拟相结合的方法研究去离子水在不同加热热流密度下流过叉排排列微柱群内部时工质热物性对对流换热的影响规律.实验中采用电加热棒对一体化微柱群散热元件进行加热,测得不同加热功率下微柱群内部努塞尔数(Nu);同时建立考虑粗糙度影响的三维数学模型模拟了该实验段在不同热流密度下的温度场与换热特性,并与实验结果进行了对比.研究发现:工质热物性随着温度变化对微柱群换热特性有着较为明显的影响,且数值模拟结果略高于实验值;对流换热系数均随加热热流密度增加而略有增大,且低雷诺数(Re)下该现象更为明显;定义了不同的影响因子来对各热物性参数的影响进行定量分析,发现动力黏度对微柱群内换热特性影响最大,影响因子接近10%. 展开更多

关键词 微柱群 对流换热 工质热物性 努塞尔数(Nu)

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水在不同接触角微柱群内的流动特征 被引量：6

10

作者 姜桂林 张承武 +2 位作者 管宁 邱德来 刘志刚 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1704-1709,共6页

采用向改性有机硅稀溶液中加入2%全氟辛基氟硅烷以及微纳米粒子的方法制备疏水液,通过改变微纳米粒子添加量调控疏水液固化成涂层后的表观接触角,紫铜叉排排列微柱群表面经不同疏水液处理后接触角分别为99.5°、119.5°和151.5&... 采用向改性有机硅稀溶液中加入2%全氟辛基氟硅烷以及微纳米粒子的方法制备疏水液,通过改变微纳米粒子添加量调控疏水液固化成涂层后的表观接触角,紫铜叉排排列微柱群表面经不同疏水液处理后接触角分别为99.5°、119.5°和151.5°(水为工质),并测试流道内流动阻力和压力降。实验结果表明,相同Reynolds数(Re)下流道内摩擦因子(f)比疏水处理前有明显下降,主要是由于疏水性界面的张力作用所致;相同Re下,接触角越大,疏水涂层双重结构中微纳米凸起间距越小,去离子水与空气接触面增大,使得摩擦因子减小;随Re增加,3种涂层实验段内的减阻率均不断降低。 展开更多

关键词 微通道 疏水性微柱群 流动 接触角 摩擦因子 减阻率 数值分析

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基于粒子图像叠加方法的微柱群绕流流场测量 被引量：2

11

作者 王昊利 徐明 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期59-65,共7页

分析了相关深度对Micro-PIV速度场测量的影响,说明采用低密度粒子图像叠加技术能够有效减小相关深度,提高速度测量的准确性。将该方法应用于微柱群绕流流场的分层测量,雷诺数分别取0.8~3.6,在此基础上计算了空间平均速度。将分层速度场... 分析了相关深度对Micro-PIV速度场测量的影响,说明采用低密度粒子图像叠加技术能够有效减小相关深度,提高速度测量的准确性。将该方法应用于微柱群绕流流场的分层测量,雷诺数分别取0.8~3.6,在此基础上计算了空间平均速度。将分层速度场和平均速度廓线与采用平均相关技术获得的结果进行了比较。结果表明,采用低密度粒子图像叠加方法获得的全场绕流速度分布更为合理,通道底部和顶部近壁区的平均＂伪滑移速度＂分别减小了22.7%和17.2%,通道中心平均速度峰值增加了5.2%。 展开更多

关键词 显微粒子图像测速技术 图像叠加法 微柱群绕流 分层测量

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