微尺度流動(dòng)阻力特性的研究.pdf

1、微尺度條件下流體的流動(dòng)特性是微納零件制造與微機(jī)械裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需考慮的重要因素，因此對(duì)涉及微流動(dòng)的微機(jī)械零件的設(shè)計(jì)、制造具有重要的理論指導(dǎo)意義。目前各國研究者已經(jīng)做了大量的實(shí)驗(yàn)工作，發(fā)現(xiàn)微尺度下的流動(dòng)存在許多不同于宏觀流動(dòng)的現(xiàn)象，分析其原因可能是宏觀流動(dòng)中一些被忽略的因素(尺度效應(yīng)、表面效應(yīng)、進(jìn)出口效應(yīng)和邊界滑移等)對(duì)微流動(dòng)產(chǎn)生了重要影響。有一些研究者提出多種物理模型試圖解釋微流動(dòng)的作用機(jī)理，但并沒有取得統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。 本文從

2、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面研究微尺度流動(dòng)的阻力特性及其作用機(jī)理，主要有以下幾個(gè)方面： (1)擴(kuò)展關(guān)于粗糙壁面內(nèi)定常層流充分發(fā)展的條件，引入沿軸向的橫截面上速度周期性分布的概念，從理論上分析得到Darcy阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的乘積不隨雷諾數(shù)的變化而改變的結(jié)論。經(jīng)有限元數(shù)值方法驗(yàn)證，說明假設(shè)是合理的，指出將阻力常數(shù)的增大歸結(jié)于雷諾數(shù)的影響是不恰當(dāng)?shù)摹?(2)針對(duì)表面粗糙度對(duì)微尺度流動(dòng)的影響機(jī)理，指出以往的實(shí)驗(yàn)條件下微管內(nèi)可能存在微小

3、的擾動(dòng)。以此為指導(dǎo)思想，自行設(shè)計(jì)了氣壓驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定壓力源和組合式流動(dòng)阻力測量裝置(管道水力直徑在600μm左右)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)初期存在的問題，提出改良方案，使之滿足實(shí)驗(yàn)要求。 (3)以5號(hào)主軸潤滑油和正丙醇為工作介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)研究其通過不同粗糙度(尺。分別為1.19μm、2.696μm、5.865μm)管道的現(xiàn)象，合理地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)過程中的潛在誤差，提出可能的機(jī)理性解釋。 (4)表面粗糙度的多孔介質(zhì)實(shí)驗(yàn)?zāi)M。通