石英微管內的流動及換熱特性的實驗研究.pdf

1、微機電系統(tǒng)(MEMS)近幾來迅速發(fā)展，在反應國家科技實力的高尖端的領域包括航天，軍工，化工，生命科學，電子等行業(yè)應用日益廣泛。微機電系統(tǒng)中必然要布置微型的輸送管路，這些管路內的工質的流動規(guī)律和換熱規(guī)律引起了行業(yè)內專家學者的普遍關注，世界各國在該研究領域投入大量的人才和經(jīng)費展開研究。 本文旨在通過對微石英管內部的粘性耗散以及流動特性和換熱特性韻實驗和理論研究，借鑒和總結前人的研究成果，通過實驗和計算為微石英管通道內部的換熱和流動特

2、征提供一定的實驗數(shù)據(jù)和理論基礎。 首先對水力直徑19.6μm和44.2μm的微石英管內部的粘性耗散進行了數(shù)值計算，先根據(jù)努森準則得到連續(xù)性假設適用于微管流動，從而確定了微管內流動的控制方程，考慮到石英微管中的EDL效應，根據(jù)靜電學相關理論，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)值模擬計算繪制出各微管在不同Re數(shù)下溫度場的分布情況。同時利用自行設計的由基本的供壓、導流管路，數(shù)據(jù)采集和紅外成像系統(tǒng)組成的

3、實驗系統(tǒng)，通過控制進出口的壓力等參數(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。通過對比數(shù)值計算值和實驗值可以發(fā)現(xiàn)，當微管尺寸小于50μm時，粘性耗散的影響不能忽略。同時測量了19.6μm微管在不同工質(純水，四氯化碳，氮氣)流動阻力特征并與經(jīng)典理論值進行對比，得到了微管內部規(guī)律性流動阻力特征以及EDL效應粘性耗散效應、稀薄效應等對廠值的影響。 其次對水力直徑為304.1 μm及192.9 μm突擴和突縮情況

4、下的微石英管內部的流動進行了實驗研究，采用超純水為工質，分別測量了304.1μm及192.9μm在突擴和突縮時的f值。實驗結果與經(jīng)典的理論值進行了對比，得到微管突縮與突擴時的f值與Re數(shù)的關系。 以去離子水為工質，采用纏繞細銅絲法對水力直徑分別為44.2μm、91.7μm、141.1μm微石英管進行加熱，得到Nu數(shù)與Re數(shù)的關系，并與經(jīng)典理論值進行對比，研究表明，在低Re數(shù)下，實驗Nu數(shù)小于經(jīng)典理論值，這主要是由于工質沿微管流動