| 题名 | 微流控系统中混合及汽液相变传热的数值模拟 |
| 作者 | 毛文彬 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2009-06-02 |
| 授予单位 | 中国科学院广州能源研究所 |
| 授予地点 | 广州能源研究所 |
| 导师 | 徐进良 |
| 关键词 | 数值模拟 微混合 流动沸腾 汽液相变 微通道 Numerical simulation Micromixing Flow boiling Vapor-liquid phase change Microchannels |
| 其他题名 | Numerical Simulation of Vapor-liquid Phase Change Heat Transfer and Micromixing in Microfluidic Systems |
| 学位专业 | 工程热物理 |
| 中文摘要 | 本文在微流控系统的背景下，对微尺度下混合以及微通道内流动沸腾传热过程进行了深入细致的研究。 在微尺度下，由于流动处于层流状态，因此混合是一个巨大的难题。本文针对微尺度混合的特点，研究了一种脉动流微混合器。这种微混合器利用入口速度方波型或正弦波型脉动实现微通道内流体的有效混合。针对物理问题建立了通用的无量纲方程和边界条件，利用计算流体动力学方法研究了微混合器的特性和脉动参数的影响。结果表明对于方波型脉动混合器，在脉动方波占空比为0.5，相位差为180度时，能达到较好的混合效果。微混合器中流动具有混沌对流特征，可极大地增加界面面积，从而实现快速混合。 对于正弦波脉动微混合器，其混合效果比方波型好。通道内存在月牙形的脉动形状，它决定了混合的效果。St数（频率）控制着通道内脉动形状的大小，即流体分段的数目。St数并不是越大越好，而是要取合适值以使得通道内月牙形区域为4～8个。脉动幅值a控制着通道内脉动形状的对称性，当a取最佳值使得脉动形状关于x轴对称时，混合效果最好。最佳脉动幅值一般随St的增加而增加，随Re数的增加而减小。Re数（Pe数）影响流体在通道内滞留的时间，从而影响扩散混合的速率。由于脉动流微混合以对流作用占主导，故随着Re的增加，混合效果只有轻微的下降，说明脉动流微混合器具有较广的Re数适用范围。 在微通道流动沸腾的研究中，采用VOF方法对沸腾流型由泡状流向塞状流过渡的全过程进行了数值模拟，并与实验结果进行了对照，结果表明汽泡流型变化的过程与实验较为接近。通过对汽泡周围温度场和流场的分析，表明汽泡的成长会影响温度场和流场的分布，从而影响通道的传热系数。沸腾流型由泡状流向塞状流转变的过程中，通道的传热系数不断增大，总热流也不断增大。热流的增加主要由汽液界面的相变潜热热流和汽泡引起的周围流体对流传热的强化效应两部分组成。在泡状流阶段，相变潜热的热流比例很小；在弹状流阶段，相变潜热热流比例逐渐增大，壁面处薄液膜的蒸发传热效应不能忽略。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-07-14 |
| 页码 | 80 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.giec.ac.cn/handle/344007/5840]  |
| 专题 | 中国科学院广州能源研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 毛文彬. 微流控系统中混合及汽液相变传热的数值模拟[D]. 广州能源研究所. 中国科学院广州能源研究所. 2009. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论