微尺度通道內流動與換熱特性的數值研究.pdf

1、作為MEMS技術的一個重要分支，微流體技術近年來已經有了很大的發(fā)展，并廣泛的應用在生物、醫(yī)藥、航天、機械以及電子等各個領域。但是，在微流體內部的流動和換熱等方面仍缺乏成熟的理論和可靠的實驗。因此，本文的工作旨在將微尺度流動通過數值模擬的方法展現出來，分別就對微噴管內流動特性及推進性能、微通道換熱特性等進行有效的預測，加深和拓寬微尺度流動在工程領域的應用。 根據噴管的準一維等熵流體理論，采用連續(xù)介質方法數值模擬研究了落壓比變化對微

2、噴管流場結構的影響，包括對馬赫數的影響、對壓力場及總壓降的影響以及對密度的影響，發(fā)現在不超過設計落壓比的情況下，落壓比增大能夠有效地抑制邊界層分離現象并提高噴管效率；研究了高速流場中“超聲速環(huán)”現象，發(fā)現其本質就是過膨脹狀態(tài)下微噴管內形成的“馬赫盤”，并利用激波理論分析討論了在微尺度下該現象的形成機理及相應的產生條件；在保持出口壓力的情況下，采用落壓比界定出“超聲速環(huán)”可能存在的范圍。 采用連續(xù)介質方法和DSMC方法對二維微噴管

3、的流動特性和推進性能進行了數值模擬，發(fā)現由DSMC方法得到的結果更接近真實情況；分析了外形結構及邊界條件對微噴管的流場結構及推進性能的影響，發(fā)現喉部為圓角型的微噴管的推進性能最優(yōu)，最優(yōu)圓角半徑為喉部寬度的0.686倍；而輕質推進劑和高溫推進劑同樣能夠提高微噴管的比沖，但是需要犧牲推進效率；并由此提出了微噴管優(yōu)化的建議。 根據微通道熱沉原理提出了兩種類型的微尺度換熱器：微尺度氣冷式換熱器和微尺度液冷式換熱器；基于VB軟件平臺設計開