微尺度下液体流动的特点及其影响因素

微尺度下液体流动的特点及其影响因素作者：黄蕾，HUANGLei作者单位：洛阳理工学院建筑工程系,河南,洛阳,471023刊名：山西建筑英文刊名：SHANXIARCHITECTURE年，卷(期)：2007，33(32)被引用次数：0次参考文献(5条)1.JunemoKoo;ClementKleinstreuerLiguidflowinmicrochannels:experimentalobservationsandcomputationalanalysesofmicrofluideseffects2003(13)2.StemmeG;KittilslandG;NordenBASubMicronParticleFiltorinSiliconChannels1990(04)3.钟映春;谭湘强;杨宜民微流体力学几个问题的探讨[期刊论文]-广东工业大学学报2001(02)4.Chih-MingHo;Yu-ChongTai微电子机械系统和流体流动1998(02)5.陶然;权晓波;徐建中微尺度研究中的几个问题[期刊论文]-工程热物理学报2001(05)相似文献(10条)1.学位论文庄志文压力驱动微管道液体流动数值模拟与实验研究2007微尺度液体流动的机理研究是推动MEMS和纳米科学技术进一步发展的一个关键因素，也符合微泵、微流体芯片等相关技术发展的需要。由于特征尺寸小，微管道中液体的流动与宏观流动相比有其独特性，分析和探讨其流动规律有很重要的意义。本文采用著名的流体分析软件Fluent，在微流动理论基础上，建立了微管道内去离子水的流动模型，对其在不同压力驱动下的流动进行了数值模拟，同时对管道壁面粗糙度、重力等影响因素进行了分析。本文还对在微管道内去离子水的流动进行了实验研究，并与模拟结果进行了比较，并探讨了其物理机制。模拟结果表明微管道管径在20μm时，去离子水流动的沿程压力分布与宏观流动理论很吻合，速度分布也符合常规尺度的流动规律。在不同大小的压力驱动下，去离子水的流量与压力呈线性分布，符合Hagen-Poiseuille流动规律。模拟结果还显示在20μm尺度下，重力等体积力因素对模拟结果影响很小，可以忽略。由于特征尺度的减小，管道表面相对粗糙度的加大，壁面处将会产生涡流，从而增大摩擦阻力，减小管道内液体流量。实验结果印证了20μm管径下去离子水的流动规律，同时还表明当特征尺度进一步减小时，有可能出现明显的微尺度效应，边界层将出现滑移，但管径大小并非唯一的影响因素，去离子水的流动规律是由多种因素的综合作用所决定。2.学位论文左加传微管中液体流动减阻特征研究2009随着微机械系统(MEMS)的兴起与发展，微尺度下液体流动的特性研究越来越受到研究人员的重视，其中存在不少减阻及散热问题，其对微机械系统技术的发展有着至关重要的影响。本文主要研究微通道中液体流动的减阻、滑移特性。首先以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为吸附介质来改变微管内壁的润湿性，在50、75、100微米直径的微管中进行吸附前后的去离子水流动实验。采用体积测量法测量微管中去离子水的流量，比较去离子水在同一压差下、CTAB吸附前后的流量，研究表面活性剂的减阻特性。并根据实验结果，从理论上计算出液体在微管中流动时管壁处的滑移速度和滑移长度，分析产生滑移的原因及其影响因素。结果表明：去离子水在CTAB吸附前的微管道中流动的流量-压力梯度特性符合经典的Hagen-Poisseuille方程，表面活性剂吸附后的微管中的去离子水的流量明显大于吸附前的，增加量最大可达6.3％，究其原因是CTAB的吸附使微管内壁的亲水性大大降低，流动阻力减小而导致流量增大。同时分析了吸附时间和减阻效率的关系，结果表明：CTAB的吸附减阻具有峰值。CTAB在微管道内壁的吸附分为两个阶段：单层吸附和双层吸附阶段。单层吸附时微管道内壁的亲水性降低，当单层吸附达到饱和时，减阻效率最大。在CTAB处理后微管道中发生界面滑移现象，滑移速度与剪切率成线性关系，而滑移长度不随剪切率的变化而变化，保持在一个定值，在直径100μm中的滑移长度约为0.57μm，75μm中约为0.41μm，50中的约为0.32μm。通过AFM实验发现，微管内壁表面上由处理前的大约为7nm左右的峰谷变为处理后的100nm左右的峰谷，水在其表面上的接触角由26°增大到了63°，说明微管内表面活性剂的吸附对流动滑移的产生具有重要的影响。设计了静态法测液体在微管中流动的启动压力实验，根据实验结果绘制出微管内径与启动压力的幂函数关系曲线。结果表明：同一直径的微管，CTAB处理后的启动压力明显低于处理前的，说明CTAB的吸附使液体启动压力大大降低了。最后研究了微管中两相流体界面特征，结果表明：水在微管中流动的气液界面随着流速的不同形状发生改变，流速较小时，界面基本保持为凹液面；随着流速的增加，液面由凹液面向平液面发展，当流速增加到一定程度时，液面发展为凸液面的形状，即润湿滞后现象。并且在表面力的作用下，微管的尺寸越小，以及两相流体的性质差别越大，界面的润湿滞后现象越不明显。3.期刊论文王海芳.王连军.周洁.孙秀云.李健生.WANGHaifang.WANGLianjun.ZHOUJie.SUNXiuyun.LIJiansheng改性聚偏氟乙烯膜的油吸附性研究-膜科学与技术2007,27(3)排除因液体流动和压力梯度造成的浓差极化、油滴形变等影响因素,用静态吸附法考察膜对油分子的吸附规律.结果表明,膜对油分子的吸附属于一级动力学吸附,吸附过程的主要控制步骤是油分子在膜表面及膜孔内的扩散.Freundlich等温方程可以很好地描述膜对油分子的吸附,拟合后的常数K和1/n均较小,证明所用的改性聚偏氟乙烯膜对油分子的吸附能力较小,吸附强度较弱,也即改性聚偏氟乙烯膜耐污染,且易清洗.膜改性可以在处理低浓度含油废水时有效减少由于膜对油分子的吸附而造成的污染.4.学位论文王仁芳竖壁降液膜流动特性的研究2007液体的流动特性对液体的传热及传质有很大的影响，对影响流动特性的因素及其影响机理的研究有很重要的学术和实际意义。降液膜流动是工业中一种常见的液体流动方式。本文从液滴流动、竖壁沟流、下降液膜流动三方面对降液膜的流动特性进行了实验研究，通过分析得出界面效应等影响因素对液滴及沟流流动的影响，并在下降液膜流动过程中引入模态分析及相关性概念，这对分析和优化外加扰动影响降液膜流动过程有一定的指导意义。实验研究了沟流流动形态，并基于能量最小原理分析了竖壁沟流流动模型，得到当壁面为存在接触角滞后的非理想表面时，其控制方程的边界条件与滞后接触角有关。同时分析了流量存在波动时，沟流厚度的波动原因，并分析了影响沟流形态的因素。实验结果表明，沟流的实际厚度介于由滞后接触角限定的某一范围内，并且与沟流平均流量有关，若流率波动未超出由滞后接触角及沟流基础流量限定的范围时，沟流只在厚度方向发生波动；若流率波动超出这一范围，则沟流在宽度方向也开始伸缩；沟流流动流量、流动表面、流动液体均会对沟流形态存在影响。采用了PIV技术对沟流流场进行了测量。实验证明了流量存在波动时，沟流底层产生漩涡。以“滞后张力”概念分析了流量存在波动时，沟流底层漩涡产生的原因及漩涡强度。实验和理论的研究表明固液界面的影响是造成液膜与沟流流场产生差异的主要原因。采用光学方法和高速摄像技术对液膜波动进行了高频图像采集，通过自编程图象处理软件对结果图片进行处理，分析得到了降液膜膜厚变化规律。测量了不同声波扰动与不同流量下的膜厚，并对扰动函数与初始膜厚结果数据作了相关性分析，以及对数据结果进行FFT变换。引入模态分析的概念，从时域与频域两方面对降液膜波动频率及幅值进行分析，研究了外界干扰对降膜流动特性的影响，为促进或减弱液膜波动选取合适的干扰提供一种新的参考思路。对竖壁液滴内部流场进行了测量，液滴内部流场符合双涡流场分布。测试结果与文献报道的数值模拟计算结果相吻合。5.期刊论文喻舒.YUShu槽型芯湿法烟气脱硫的实验研究-电站系统工程2005,21(6)湿法烟气脱硫是一个化学反应和传质同时进行的过程,其影响因素众多,如液体浓度、液体流动状况、气体流动状况、液气比、浆液pH值等.提出一种横向冲刷槽型芯湿法脱硫技术,通过试验的方法,研究了影响脱硫效率的诸多因素并进行了分析.6.学位论文任显龙横管降膜蒸发传热实验研究2008横管降膜蒸发技术具有传热效率高，传热温差小，低温传热性能优良等优点，因此在低温多效蒸发海水淡化装置、制冷系统、石油化工等行业的蒸发器中得到了非常广泛的应用。本文以大型多效蒸发海水淡化装置中的横管降膜蒸发过程为研究对象，设计并搭建了横管降膜蒸发传热实验台。通过模拟蒸发器内部的液体流动和蒸发传热过程，对不同工况下的实验参数进行精密测量，从而得到横管降膜流动规律和横管降膜蒸发传热系数影响因素等实验结果，由实验结果归纳出横管降膜蒸发传热系数关系式，为多效蒸发海水淡化装置关键设备-横管降膜蒸发器的设计提供基础数据和计算方法。本实验采用外径为25.4mm光滑的HAL77-2A铝黄铜管作为横管降膜蒸发器的换热管。换热管内部设置棒状加热元件，这样不仅排除了其它因素的影响，而且可以灵活地控制加热功率和管壁温度，提供均匀的热流密度。实验中的控制因素包括液体喷淋密度、蒸发温度、管间距等，实验测得了上述参数变化对蒸发侧局部传热系数和平均传热系数的影响情况。对各参数的影响规律进行了深入探讨和分析，得出横管降膜蒸发局部传热系数在换热管圆周方向上是不同的，从换热管顶部到底部逐渐减小。并且局部传热系数和平均传热系数均随喷淋密度，蒸发温度，管间距的增大而增大。针对两种管间距进行横管降膜管外蒸发平均传热系数关系式的总结，为横管降膜蒸发传热计算以及横管降膜蒸发蒸发器的设计提供依据。同时进行了横管降膜流动的流型观测实验，拍摄了在不同喷淋密度下管间的液体流动状态，对照片分析得出在不同管间距下滴状流、滴柱状流、柱状流、柱片状流所对应的液体喷淋密度，并且对管壁流动状态进行了分析，从而进一步分析喷淋密度和管间距对横管降膜蒸发传热系数的影响。7.学位论文董庆竖直矩形微槽群相变换热的实验研究2007作为一种新兴的微通道相变换热技术，毛细微槽群蒸发热沉由于能依靠毛细力驱动液体流动，并易于在微槽内三相接触线区域促进扩展弯月面薄液膜的形成，创造高强度的蒸发换热条件，因而能够被用来实现极高换热系数和热流密度的换热过程.本文旨在通过对竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉换热的实验研究，揭示液体在竖直矩形毛细微槽群中的相变换热机理，为下一步研究开发高性能竖直矩形微槽群相变换热器提供一定的实验数据及理论基础.本文利用体式显微镜及CCD数码相机对微槽内蒸发与沸腾景象以及气泡的动力学行为进行了观测，并对微槽内的液体的润湿和相变换热特性及其影响因素进行了实验研究.实验结果表明:气泡的动力学行为对微槽内的液体润湿高度和相变换热能力有强化作用.竖直矩形毛细微槽中存在有两种高强度的相变换热机制.一种是较低热负荷下的单一的微槽内三相接触线附近薄液膜区域中薄液膜的高强度蒸发换热机制(纯蒸发模式):另一种是高负荷下(槽内有沸腾现象时)的微槽内三相接触线附近薄液膜区域中的薄液膜高强度蒸发和液面以下液体核态沸腾的联合换热机制.微槽群的几何尺寸对微槽内液体的润湿和相变换热特性有显著影响:在本实验范围内，槽宽的减小使得微槽提供较大的毛细压头，有利于相变换热的进行；槽深的增加一方面会使毛细力增大，强化相变换热，另一方面使得传热热阻增大，因此存在一个适当的微槽深度使得换热得到最佳效果；槽间距的减小导致通过微槽侧壁的导热热阻变小，从而使得整个微槽群的传热能力增强.最后与其他形式的散热系统进行了比较，得出了竖直矩形微槽群蒸发型热沉相比于其他散热系统的优势.8.期刊论文许睿.吴少华.赛俊聪.秦裕琨.高殿臣.李婷槽型芯湿法烟气脱硫的实验研究-节能技术2004,22(6)湿法烟气脱硫是一个化学反应和传质同时进行的过程,其影响因素众多,如液体浓度、液体流动状况、气体流动状况、液气比、浆液pH值等.本文提出一种横向冲刷槽