石英微管內(nèi)的流動(dòng)及換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)近幾來迅速發(fā)展，在反應(yīng)國家科技實(shí)力的高尖端的領(lǐng)域包括航天，軍工，化工，生命科學(xué)，電子等行業(yè)應(yīng)用日益廣泛。微機(jī)電系統(tǒng)中必然要布置微型的輸送管路，這些管路內(nèi)的工質(zhì)的流動(dòng)規(guī)律和換熱規(guī)律引起了行業(yè)內(nèi)專家學(xué)者的普遍關(guān)注，世界各國在該研究領(lǐng)域投入大量的人才和經(jīng)費(fèi)展開研究。 本文旨在通過對(duì)微石英管內(nèi)部的粘性耗散以及流動(dòng)特性和換熱特性韻實(shí)驗(yàn)和理論研究，借鑒和總結(jié)前人的研究成果，通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算為微石英管通道內(nèi)部的換熱和流動(dòng)特

2、征提供一定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。 首先對(duì)水力直徑19.6μm和44.2μm的微石英管內(nèi)部的粘性耗散進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，先根據(jù)努森準(zhǔn)則得到連續(xù)性假設(shè)適用于微管流動(dòng)，從而確定了微管內(nèi)流動(dòng)的控制方程，考慮到石英微管中的EDL效應(yīng)，根據(jù)靜電學(xué)相關(guān)理論，確定出了控制方程的邊界條件。用SIMPLER算法求解控制方程，經(jīng)過數(shù)值模擬計(jì)算繪制出各微管在不同Re數(shù)下溫度場的分布情況。同時(shí)利用自行設(shè)計(jì)的由基本的供壓、導(dǎo)流管路，數(shù)據(jù)采集和紅外成像系統(tǒng)組成的

3、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過控制進(jìn)出口的壓力等參數(shù)拍攝得到不同雷諾數(shù)下各管徑尺寸的粘性耗散影響的石英微管的分布圖。通過對(duì)比數(shù)值計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微管尺寸小于50μm時(shí)，粘性耗散的影響不能忽略。同時(shí)測量了19.6μm微管在不同工質(zhì)(純水，四氯化碳，氮?dú)?流動(dòng)阻力特征并與經(jīng)典理論值進(jìn)行對(duì)比，得到了微管內(nèi)部規(guī)律性流動(dòng)阻力特征以及EDL效應(yīng)粘性耗散效應(yīng)、稀薄效應(yīng)等對(duì)廠值的影響。 其次對(duì)水力直徑為304.1 μm及192.9 μm突擴(kuò)和突縮情況

4、下的微石英管內(nèi)部的流動(dòng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，采用超純水為工質(zhì)，分別測量了304.1μm及192.9μm在突擴(kuò)和突縮時(shí)的f值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典的理論值進(jìn)行了對(duì)比，得到微管突縮與突擴(kuò)時(shí)的f值與Re數(shù)的關(guān)系。 以去離子水為工質(zhì)，采用纏繞細(xì)銅絲法對(duì)水力直徑分別為44.2μm、91.7μm、141.1μm微石英管進(jìn)行加熱，得到Nu數(shù)與Re數(shù)的關(guān)系，并與經(jīng)典理論值進(jìn)行對(duì)比，研究表明，在低Re數(shù)下，實(shí)驗(yàn)Nu數(shù)小于經(jīng)典理論值，這主要是由于工質(zhì)沿微管流動(dòng)