物理学报
物理學報
물이학보
2004年
7期
2050-2055
,共6页
丁英涛%何枫%姚朝晖%沈孟育%王学芳
丁英濤%何楓%姚朝暉%瀋孟育%王學芳
정영도%하풍%요조휘%침맹육%왕학방
等直-收缩-扩张-等直变截面微管道%声速点位置%临界压比%表面积与体积比值
等直-收縮-擴張-等直變截麵微管道%聲速點位置%臨界壓比%錶麵積與體積比值
등직-수축-확장-등직변절면미관도%성속점위치%림계압비%표면적여체적비치
等直-收缩-扩张-等直(SCDS)变截面微管道主要应用于微型空间推进器和微型气体涡轮机等微器件中,研究其内流动特性对指导上述两种微器件的设计和性能的提高具有非常重要的意义.采用硅微加工技术在硅片上制作出矩形截面三维SCDS微管道,喉部宽度为16μm,深度为20μm,收缩比为1.625:1.实验测量了不同进出口压比条件下微管道内氮气的流量特性.实验设定进出口压比值范围为1.0-4.0,由此出口体积流量范围为0-0.12mL/s,流动的特征雷诺数小于350.在实验研究的基础上,采用有限体积法对其内部流动特性进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果相符合.数值模拟结果发现两点不同于常规流动的特异现象:其一为最早出现声速点不在最小截面喉部附近,而是移到出口截面附近,即声速点的位置发生变化;其二为在进出口压比达到4.0时,SCDS微管道内部流场才出现声速点,即临界压比值(这里将管道内部首次出现声速点时对应的当地点压力与进口压力的比值定义为临界压比)发生变化.将其原因归结为表面效应(表面积与体积比值S/V)的影响,并进一步研究了这两点特异现象与S/V值之间的关系.
等直-收縮-擴張-等直(SCDS)變截麵微管道主要應用于微型空間推進器和微型氣體渦輪機等微器件中,研究其內流動特性對指導上述兩種微器件的設計和性能的提高具有非常重要的意義.採用硅微加工技術在硅片上製作齣矩形截麵三維SCDS微管道,喉部寬度為16μm,深度為20μm,收縮比為1.625:1.實驗測量瞭不同進齣口壓比條件下微管道內氮氣的流量特性.實驗設定進齣口壓比值範圍為1.0-4.0,由此齣口體積流量範圍為0-0.12mL/s,流動的特徵雷諾數小于350.在實驗研究的基礎上,採用有限體積法對其內部流動特性進行瞭數值模擬,數值模擬結果與實驗結果相符閤.數值模擬結果髮現兩點不同于常規流動的特異現象:其一為最早齣現聲速點不在最小截麵喉部附近,而是移到齣口截麵附近,即聲速點的位置髮生變化;其二為在進齣口壓比達到4.0時,SCDS微管道內部流場纔齣現聲速點,即臨界壓比值(這裏將管道內部首次齣現聲速點時對應的噹地點壓力與進口壓力的比值定義為臨界壓比)髮生變化.將其原因歸結為錶麵效應(錶麵積與體積比值S/V)的影響,併進一步研究瞭這兩點特異現象與S/V值之間的關繫.
등직-수축-확장-등직(SCDS)변절면미관도주요응용우미형공간추진기화미형기체와륜궤등미기건중,연구기내류동특성대지도상술량충미기건적설계화성능적제고구유비상중요적의의.채용규미가공기술재규편상제작출구형절면삼유SCDS미관도,후부관도위16μm,심도위20μm,수축비위1.625:1.실험측량료불동진출구압비조건하미관도내담기적류량특성.실험설정진출구압비치범위위1.0-4.0,유차출구체적류량범위위0-0.12mL/s,류동적특정뢰낙수소우350.재실험연구적기출상,채용유한체적법대기내부류동특성진행료수치모의,수치모의결과여실험결과상부합.수치모의결과발현량점불동우상규류동적특이현상:기일위최조출현성속점불재최소절면후부부근,이시이도출구절면부근,즉성속점적위치발생변화;기이위재진출구압비체도4.0시,SCDS미관도내부류장재출현성속점,즉림계압비치(저리장관도내부수차출현성속점시대응적당지점압력여진구압력적비치정의위림계압비)발생변화.장기원인귀결위표면효응(표면적여체적비치S/V)적영향,병진일보연구료저량점특이현상여S/V치지간적관계.
