兩平行平板間微通道層流流動的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬.pdf

1、該文工作包括兩部分內(nèi)容:使用兩維微尺度粒子圖像速度儀(Micro-PIV)對兩平行平板間層流流動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,并應(yīng)用通用軟件對具有不同相對粗糙度的無限大平行平板間層流流動進(jìn)行數(shù)值模擬.該文對MPIV實(shí)驗(yàn)測量的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,從粒子的選擇和播撒、圖像采集系統(tǒng)照明方式等方面闡述了MPIV技術(shù)和傳統(tǒng)PIV技術(shù)的區(qū)別和聯(lián)系.對MPIV技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提出了建議.建立適于兩平行平板間流動的測量平臺,并使用MPIV對板間距H=2.2

2、5mm和H=1mm的兩平行平板間層流流動進(jìn)行測量,得到其充分發(fā)展段的速度分布.把獲得的測量結(jié)果和解析解的泊肅葉流動速度廓線進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn),在從流動中心到近壁面的大部分區(qū)域,兩者吻合良好,在近壁面區(qū)域,由于示蹤粒子和壁面碰撞以及壁面反射光等原因,測量值大于解析解.這表明通過選擇合適的示蹤粒子、顯微系統(tǒng)和照明方式,MPIV技術(shù)在微尺度流體機(jī)械內(nèi)流的實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域有很大的應(yīng)用空間.考慮相對粗糙度對微尺度內(nèi)流流動的影響,使用通用軟件對板間距H=0

3、.2mm、H=0.4mm、H=0.6mm和H=0.8mm的兩平行平板間流動進(jìn)行了數(shù)值模擬.通過對粗糙元周圍流場和充分發(fā)展段中心線壓力曲線的分析,發(fā)現(xiàn)有粗糙元存在的兩平行平板間微通道,其充分發(fā)展段壓降大于光滑平板充分發(fā)展段壓降;當(dāng)相對粗糙度和Re不變時,隨著板間距的減小,粗糙度對主流的影響不斷增大;當(dāng)板間距和相對粗糙度不變時,在層流狀態(tài)下,粗糙度對流動的影響不隨Re的變化而變化;當(dāng)板間距和Re保持不變時,相對粗糙度越大,其對流動的影響就越