兩平行平板間微通道層流流動的實驗研究和數值模擬.pdf

1、該文工作包括兩部分內容: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行實驗研究,并應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行數值模擬.該文對MPIV實驗測量的基本原理和關鍵技術進行研究,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技術和傳統(tǒng)PIV技術的區(qū)別和聯系.對MPIV技術應用中的關鍵環(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行測量,得到其充分發(fā)展段的速度分布.把獲得的測量結果和解析解的泊肅葉流動速度廓線進行比較后發(fā)現,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技術在微尺度流體機械內流的實驗研究領域有很大的應用空間.考慮相對粗糙度對微尺度內流流動的影響,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行了數值模擬.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