圆形微通道的热交换特性及其尺寸效应

基于圆形微通道的能量守恒及热传导方程,在考虑速度滑移和温度跳跃的情况下,利用逆解法得到了一个热充分发展的温度场计算式.根据定热流边界条件,推导了圆形微通道的努塞尔数和温度跳跃的新表达式.通过计算努塞尔数和对流换热系数,分析了圆形微通道的热交换特性及尺寸效应,对纯净水在圆形微通道中的换热性能进行了数值仿真.仿真结果表明:在滑移流范围内,随着管径减小,换热系数增大,流固界面的温度跳跃随着与入口端的距离增加而减小,从而验证了理论推导的正确性.     

边界条件对滑移区气体微槽流动和传热的影响

针对不同的边界条件,分析了微矩形槽道内不可压缩性气体在速度滑移和温度跳跃区的流动和换热过程。在分析模型中,假定矩形槽道底面定热流加热,其余3个面绝热。分别在一阶、二阶滑移及速度滑移和温度跳跃相互耦合的边界条件下给出了截面上速度和温度分布的数值解,讨论了阻力和换热特性,并与Arkilic等的实验结果进行了比较。结果表明：在相同的条件下,耦合的阻力系数最小,二阶边界次之,一阶边界最大;速度滑移和温度跳跃对换热系数具有相反的影响趋势;耦合模型更接近实验结果,其次为二阶滑移模型,一阶滑移模型的偏差最大;在不考虑可压缩性因素时,滑移边界条件的阶数对阻力系数的影响较大,对换热系统的影响不是十分明显。     

微通道入口处的摩擦因子与努塞尔数

针对具有均匀入口速度与温度剖面的微通道中的气体流动与传热，证明了在速度滑移与温度跳跃区。通道入口处的摩擦因子与努塞尔数为有限值，它们的具体数值依赖于克努森数以及壁面和气体分子间的动量和能量交换的完善程度，而和微通道的横截面形状无关。     

滑移流区微环缝通道单侧等壁温加热下的换热

对滑移流区微环缝槽道中单独内侧及单独外侧等壁温加热条件下的换热特性进行了理论研究,求解了带温度跳跃边界条件的能量方程,讨论了稀薄效应,内外戏比对等壁温加热条件下微环缝槽道内换热特性的影响,结果表明：滑移流区微环缝通道内的Nu数明显低于连续流区,且随着Kn数的增加,Nu数减小;Nu数随内外径比r^*的变化趋势与连续流区相似。     

滑移流区任意截面微槽道内流动边界条件对流动特性的影响

通过正交函数法就滑移流区内任意截面形状的微槽道在二阶滑移和热蠕流流动边界条件下的流动和阻力特性进行了分析和计算,得到了微槽内的速度分布和阻力系数,并与相关实验结果进行了比较.结果表明,该方法的计算值与实验数据基本吻合;采用二阶滑移边界条件计算的阻力系数略大于一阶滑移边界条件下的计算值,而计入附加热蠕流边界条件时的阻力减小;边界条件的影响随Kn数增加而增大.为任意截面微槽内具有高阶滑移和热蠕流等复杂滑移边界条件下的流动特性计算提供了方法.     

Flow Chamber流动腔高度的数值研究

平行平板流动腔是当前研究不同切应力下细胞的变形特点的主要工具之一，通过ANSYS计算力学软件，对相同压力边界条件下不同高度的流动腔内的定常不可压粘性流体的流动进行了数值研究，发现Flow Chamber流动腔底部切应力只有在离两端有一定距离的中间部分才是均匀分布的，而在入口和出口都有比较大的跳跃，入口处的切应力值明显要大干出口处．     

滑移流区平行平板微通道内单侧加热流动与换热

对一侧等热流、一侧绝热热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微通道在滑移流区内层流流动与换热进行了理论分析,研究了槽道内速度场与温度场的分布、换热特性,以及Kn、动量协调系数、热协调系数的影响.     

在多孔平板磁流体动力边界层吹吸与热辐射对流动影响

存在磁场时对多孔通道平板边界层流动和传热进行分析,无滑动边界条件相对应的、不同的速度滑移和温度滑移;并在温度方程中考虑热辐射条件。相应的动量和能量方程为非线性常微分方程;并将其进行相似变换。通过龙格库塔的计算方法获得这些方程的数值解。结果发现,增加滑移参数以及增加磁参数时,水平速度减少;增加的磁参数而温度增加;增加热滑参数而温度降低;热辐射增强了有效热扩散率并使温度上升。     

微通道内气体流动参数化数值模拟

基于ANSYS Fluent软件,对微通道内气体在不同压力驱动下的流动做参数化数值模拟分析,得出不同克努森数(Kn)的通道出口截面速度分布图和质量流率,并将仿真结果和理论研究进行比较,分析微通道内气体流动特性与宏观流动的异同,研究稀薄气体效应.模拟结果表明:在微通道中,连续介质假设失效;当微系统特征尺度很小或者工作压力很小时,微通道内的气体具有较大的Kn,出现明显的稀薄气体效应;Kn越大,稀薄气体效应越强烈;稀薄气体效应导致固壁边界的滑移速度和质量流率变大.     

微通道气体流动的格子-Boltzmann法模拟

格子-Boltzmann方法的迅速发展为计算流体力学提供了一种强有力的工具．结合“贴壁层”的理论对格子—Boltzmann方程在微槽道流动中的应用进行探索，对Kn数跨越速度滑移区和过渡区的若3个微通道中的气体流体进行了模拟，给出了通道内速度、压力、局部阻力系数的变化曲线，并和同条件下用不考虑滑移的计算结果和文献给出的理论结果进行了对比，结果表明和文献给出的理论结果吻合得很好．     

不同热流下平行平板微槽内流体滑移流动与层流换热

对两侧不同定热流热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微槽在滑移流区内的层流换热进行了理论分析,研究了微槽内温度场的分布和换热特性,并讨论了Kn、热流比、动量协调系数、热协调系数等的影响.     

身矩形槽道内的气体滑移流动和传热分析

分析了微矩形槽道内的不可气体在速度滑移和温度跳跃区的流动和传热过程。在分析模型中,假定矩形槽道底面定热流加热,其余三面绝热,流动和换热均匀为充分发展,且处于滑移流动区。给出了截面上速度分布和温度分布的分析解,讨论了阻力持性和换热特性,并与实验结果作了比较。二者的吻合程序表明,在一定的Knudsen数范围内,传统的Navier-Stokes方程和能量方程在考虑了速度滑移和温度跳跃影响后可以描述微矩形槽道内的气体流动和传热过程。     

Pseudo-particle modeling for gas flow in microchannels

The velocity profiles and temperature distributions of gas flow in microchannels, for Knudsen numbers ranging from 0.01 to 0.20, are investigated with pseudo-particle modeling (PPM). It has been found that the velocity profiles are mainly affected by Knudsen number and the external force fields applied. When Knudsen number was increased, the slip velocities on the walls increased at the beginning, and then decreased. The temperature distributions were also significantly affected by the external force. The Darcy friction factor increased with increasing Knudsen number, and its variation with Mach number under increased Knudsen number was similar to the so-called premature laminar-turbulent transition observed in experiments.     

Boundary velocity slip of pressure driven liquid flow in a micron pipe

The velocity slip of gas flow in a micron channel has been widely recognized.For pressure driven liquid flow in a macro pipe,theminute velocity slip at the wall boundary is usually neglected.With a decreasing scale in the cross section of the flow passage,the effect of velocity slip on flow and heat transfer behaviors becomes progressively more noticeable.Based on the three Hamaker homogeneous material hypotheses,the method for calculating the acting force between the solid and liquid molecular groups is established.By analyzing the forces exerted on the liquid group near the pipe wall,it is found that the active force arising from the rough solid wall can provide the component force to resist the shearing force and keep the liquid group immobile.Based on this a velocity slip criterion is proposed.Considering the force balance of a slipping liquid group,the frictional force caused by the solid wall can be obtained and then the velocity of the liquid group can be calculated using the derived coefficient of friction.The investigation reveals that,in a micron pipe,a small velocity slip may occur when the flow pressure gradient is relatively large,and will cause errors in the pipe flow estimates.     

T型微通道内气泡生成大小影响因素研究

采用流体体积函数（VOF）方法,对T型微通道中气泡形成过程进行数值模拟研究,根据气泡形成机理,分析了气液流速、流体性质和微通道尺寸等因素对生成气泡大小的影响。研究结果表明,T型微通道内生成气泡长度随气体份额的增加呈指数增加趋势,而在相同气体份额下气液流速对气泡长度影响不大;比较而言,液体粘度和表面张力对生成气泡大小的影响较小,当液相表面张力从0.072 N·m-1降低到0.01 N·m-1时,T型微通道内生成气泡的长度减小了18%,主要是因为在阻塞阶段,最大颈部宽度和塌陷时间减小了;气泡长度随微通道直径的增加而增大,而气泡的无量纲长度基本不受微通道直径的影响。     

Influence of feature size of micro-scale channel on ink flow characteristics

Under the micro-scale condition,feature size of the channel is one of the main factors influencing the fluid flow characteristics. In printing process,ink thickness in the extrusion zone formed by two ink rollers may reach micron scale. Compared with macroscopic fluid,the velocity field and the pressure field of fluid may change when the feature size of fluid channel reaches micron scale. In order to control printing quality,it is necessary to research the influence of feature size on ink flow characteristics in micro scale. This paper analyzes it in theory,and then numerical simulation of an ink flow model with different feature sizes is carried out in no slip condition. The influence of the feature size on the ink flow characteristics and the wall shear force are obtained. Besides,the ink flow model with different feature sizes is simulated numerically in slip condition,and the influence of feature size on ink flow characteristics is obtained. Finally,by comparing and analyzing the above results,it can be concluded that both the ink velocity and pressure at the inlet of the extrusion zone are inversely proportional to the feature sizes whether in slip condition or not. And the ink velocity in slip condition is larger than that without slip,the pressure at the inlet of the extrusion zone is less than that in no slip condition. Within the micro-scale range,the ink velocity difference between the two conditions cannot be ignored. Therefore,it is necessary to consider slip when analyzing the influence of feature size of micro-scale channel on ink flow characteristics.     

广义Maxwell速度滑移边界模型

针对存在挤压速度情形的近连续滑移流区微轴承内气体流动,基于气固界面Knudsen层内动量和能量通量的守恒,利用Grad13矩近似的速度分布函数,详细推导广义Maxwell速度滑移边界模型,给出了其与典型Maxwell速度滑移边界的差别.研究表明在不考虑壁面温度梯度和挤压速度影响时,所得到的广义Maxwell速度滑移边界模型与典型Maxwell速度滑移模型是一致的;通过在微尺度气体轴承流动控制方程应用,获得一套适于气体轴承内流动气固表面速度滑移边界数学模型.