微反应器的发展现状

微反应器在传质、传热、恒温等性能方面的表现都明显优于传统反应器,小尺寸、较大的面积体积比、规整的微通道使它便于运输又安全快捷.本文就微反应器的设计、制造、原理和放大等一系列问题的研究现状进行了总结和概括,并对它的应用前景进行了展望。     

粗糙度对微细通道内流动特性影响的实验研究

对几何特性相似而粗糙度不同的3种不锈钢矩形微槽内水、乙醇和正己烷的流动特性进行了实验研究.研究发现,在层流区随着雷诺数(Re)的增大,摩擦阻力常数fRe也缓慢增大,与传统理论的fRe是常数不同,且相对粗糙度越大,fRe值也越大.对于相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两种微槽转捩Re均在1 685～1 760之间,与传统理论相比,转捩并未提前.但相对粗糙度为3.15%的微槽的转捩Re数为1 500,与传统理论相比,转捩已提前.层流区摩擦阻力系数均高于传统理论预测值,相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两个微槽的摩擦阻力系数在Re<1 600的层流区域基本相同。但在Re=200～2 800的测量范围内,相对粗糙度大于3%的微槽的摩擦阻力系数均比相对粗糙度小于3%的微槽的要大.过渡区域的摩擦阻力系数均比传统预测值高30%～40%.工质极性对摩擦阻力的影响很小.     

微流控技术及其应用与发展

微流控技术广泛应用于生化分析、疾病诊断、微创外科手术、环境检测等领域。微通道结构的设计与制造、微纳尺度流体的驱动与控制、微流控器件及系统的集成与封装是该领域的3大关键技术。本文综述了微流控技术在这3个方面的发展现状及在不同领域中的应用,展望了微流控技术的发展前景,指出多相微流体的介观传输理论及跨尺度流体的性质将是今后研究的重点与热点。     

电渗驱动微流道内流场的数值模拟

针对微流道中电场和流场耦合的问题,建立了电渗流的数学模型,应用有限元法对微流道内的速度分布进行了稳态和瞬态的数值模拟.研究了电场强度、溶液浓度和微流道高度等因素分别对微流动速度在空间和时间上的影响规律.结果表明,在电渗驱动下,微流道中的流体流动呈现"塞状"流型,流动速度与电场强度及微流道表面静电势成正比,而与微流道的高度无关.微流体由开始运动到稳态的过度时间的尺度为毫秒量级,大小与微流道高度比值的平方成正比,而与电场强度和溶液浓度无关.研究结果为电渗驱动在微流控芯片中的应用提供了理论依据.     

平板微热管的研究进展回顾与展望

热管是一种具有高热导率的多尺度传热材料,被广泛应用于换热器的余热回收再利用、太阳能集热器和数据中心冷却等领域。从循环动力和性能表现两方面入手探讨微热管传热影响因素的研究实验。针对平板微热管的结构组成和工作机理,综述了平板微热管微槽结构、充装工质及其充液率、工作状态的性能研究进展,剖析了蒸发段和冷凝段的状态对流动状态与传热特性之间的关系,如曲率半径、循环工质流量和有效导热系数等参数的表现,总结了平板微热管的模型结构设计与理论预测研究进展,并结合强化换热和沸腾传热,对微热管微通道的发展方向进行了展望。     

微槽板内的对流换热和流动特性

在单相强迫对流情况下,对刻有水力直径为0.133mm～0.367mm微矩形槽的微槽结构进行了换热和流动特性实验研究。研究发现,层流换热受槽道高宽比、水力直径与槽间距比值影响,而紊流换热则与水力直径、槽间距和无量纲参数Z有关,对紊流换热而言Z=0.5是最佳参数.实验表明Z对流动阻力因子亦有很大影响,层流情况下当Z为0.5时,摩擦因子或流动阻力都可达最小值;紊流流动阻力比经典理论预示值小,流动向充分发展紊流过渡的临界Re数也比常规值小。文中给出了计算换热和阻力降的经验公式。     

微小矩形通道内气体充分发展层流流动的数值模拟

基于贴壁层概念和已经求得的贴壁层内气体粘性系数变化规律 ,建立了数理模型 ,求解了矩形微小通道内气体流速分布完全发展的层流流动 ,得到了不同截面高宽比 ξ和不同 Knudsen数下的量纲一速度分布和流动阻力因数 ,并对结果进行了分析 ,为进一步研究不可压气流在微小矩形道内的层流换热提供了分析基础