刘明开题报告314.doc

榆 林 学 院 毕业设计（论文）开题报告 题 目 T型微通道气液两相流动数值研究 学生姓名 刘 明 学 号 1306250146 院 (系) 化学与化工学院 专 业 过程装备与控制工程 指导教师 党 睿 报告日期 2017 年 3 月 10 日 毕业设计（论文）题目 题目类别（请在有关项目 作√记号） 设计 论文 其它 √ 题目需要在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成 是√ 否 毕业设计（论文）起止时间 201年 月日 起至 201年 5月 日 （共 周） 本课题的研究意义与目的之间集电子、机械于一身的器件。在这样的器件中有气体或者液体作为工作介质，其内的流动与换热就是一般的微尺度流动与换热。由于微通道的结构比较简单，微尺度其内部流动以层流为主，在高雷诺数时可能会出现湍流。微尺度流动缺少成熟的理论和可靠的实验，可用数值模拟的方法，但是，在微尺度流动中，可能出现跨两个区域或几个区域的流动，单纯采用连续介质模型或者分子运动模型都无法对其进行准确预测，这就需要有新的数值模拟方法出现，例如连续介质与DAMC耦合的方法等。 ?微尺度效应的机理研究：? ? 微尺度传热学致力于微细极限下的传热学规律的研究：一个是空间尺度的微细，其研究的几何尺度到微米或者纳米；另一个就是时间尺度的微细，即在微秒以至毫微秒内瞬时传热规律。通过分析研究结果表明，在微尺度下的流动与传热与常规尺度下的流动与换热有许多不一样的地方，例如会出现了如下现象：（1）微细通道流动阻力与常规尺度不一样，结果甚至互相矛盾，有的认为微细通道大，有的认为微细通道小；（2）充分发展通道流的阻力因子与雷诺数的乘积不再是常数，它应是雷诺数的函数；（3）微细通道层流向紊流过渡的雷诺数减小，其过渡雷诺数Re可为300～1000；（4）微细通道流传热数据很分散，充分发展通道流的Nu不等于常数，且是雷诺数的函数；（5）微细通道紊流的Nu比常规情况高5～7倍。研究认为这是由于在微尺度下由于尺寸大大降低而引起了所谓的尺寸效应导致的。? ? 同样，微尺度下尺寸效应分为两个部分：1）物体的特征尺度远大于载体粒子的平均自由程，即流体连续介质的假设仍然成立，也就是流动与传热仍然符合N-S方程及Fourier定律， 2）物体的特征尺度缩小到与载体粒子（分子、原子、电子、光子等）的平均自由程数量级及以下或者过程延续的时间达到微秒以至毫微秒时，连续介质假设不再成立，即在微槽内稀薄气体效应将变得重要，如果Kn数大于0.01，则认为流动不适用于连续性假设。 微尺度研究应注意以下几个方面：(1)就是流动（气体）的可压缩效应。因为我们知道微细通道内压力降很大，导致流体密度沿程有明显的变化，所以我们必须考虑流体的压缩性，它不仅会形成加速压降，而且还可能改变速度剖面。(2)表面粗糙效应。在经典常规尺度下理论中认为表面粗糙度在5％以下时，对流体流动与换热的影响就可以忽略不计了。 (3)表面力的作用。在微小尺度下，我们知道许多宏观状态下的物理量都发生了变化。 (4)微通道内轴向导热效应。在常规尺度下，对于有肋或者有槽的通道，沿轴向槽道壁的导热影响可以忽略，因为槽道壁的厚度相对于槽道的直径来说是非常小的。但在微尺度下，情况就不一样了。 (5)测量精度。由于微尺度的实验件太小，一些重要参数难以精确测量。如果提高测量的精度，减少实验误差也是实验成功的关键。 由于工程装置的尺寸、流速条件以及各种障碍的存在。其中的绝大部分流动是湍流，由于两相流的湍流流动的存在十分普遍，对其的研究自然引起了广泛的关注。国内外关于微小通道的流动特性已经进行了大量的实验与数值研究，并与常规尺度的管道内的特性进行了对比。但是不同文献的结果相差很大，微小通道的流动和换热结果与经典理论相背离。这可能归因于表面粗糙度、宽高比、入口效应等。近年来大多学者都认为光滑微通道管的流动特性与传统常规尺度的流动规律相一致。早期出现试验与经典理论相悖的结果是因为试验的边界与理论条件不符或测量存在较大误差等因素造成，并非所谓的微尺度效应。 二、国内外发展现状 1.国外 爱因斯坦曾经预言： “未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军” 1959年，美国物理学家、诺贝尔奖获得者理查德.弗曼在美国西海岸会议上宣读了一篇经典论文“There is plenty of room at bottom”,首次提出纳米技术的预言。 1962年，第一个硅微型压力传感器问世，其后开发出尺寸为50-500mm的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及联结件等微机械（里程碑）。 1989年，在美国盐湖城会议上，首次提出MEM