非极性流体在微通道内的阻力特性分析.pdf

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1、2011年8月润滑与密封Aug．2011第36卷第8期LUBRICATIONENGINEERINGVo1．36No．8DOI：10．3969／j．issn．0254015O．2011．O8．017非极性流体在微通道内的阻力特性分析刘磊钟主海樊辉青(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049)摘要：研究非极性流体在微通道内的流动特性。采用的微流动实验台通过测量不同极性液体流过矩形截面微通道中流量与压力，分析了不同极性流体的阻力特性。结果表明：对分子量较小的极性液体，微通道内流量一压差关系符合Hagen—Poiseuille定律，连续介质模型仍

2、适用于微米尺度微通道；对分子量较大的非极性液体，常规理论在预测微通道内流量一压差、摩擦阻力系数一雷诺数关系时存在较大误差，须进行修正。关键词：不确定度；摩擦阻力系数；相对粗糙度中图分类号：TK124文献标识码：A文章编号：0254—0150(2011)8—067—4AnalysisonResistanceCharacteristicsofNon—polarLiquidsinMicrochannelsLiuLeiZhongZhuhaiFanHuiqing(StateKeyLaboratoryofMuhiphaseFlowinPowerEngineering，X

3、i’anJiaotongUniversity，Xi’anShaanxi710049，China)Abstract：Flowcharacteristicsofnon—polarliquidsinmicrochannelswasinvestigated．Microfluidicsexperimentalplat—formwasusedinmeasuringtheflowrateatthecorrespondingpressureinrectangularmicrochannels，andtheresistancecharacteristicsofliquidsw

4、ithdifferentpolarwereanalyzed．Theexperimentalresultsshowthattherelationofflowratever-SUSpressuredifferencemeetstheprincipleofHagen—Poiseuillewellwhilethemediaispolarliquidwithminormolecularweight，andcontinuousmediumhypothesiscanapplytomicro—sizedchanne1．Themajorerrorwasfoundinpredi

5、ctingtherelationofflowrate—pressuredifference，frictionfactor·Reynoldsnumberbyconventionaltheorywhilethemediaisnon—po-larliquidwithmajormolecularweight，SOtheconventionaltheorymustberevisedbeforeusedtopredicttheflowcharacter-isticsinmicrochannels．Keywords：uncertainty；frictionfactor；r

6、elativeroughness微电子设备、微型生物芯片、微反应器，无论在道简单，通道平均孔隙率的实验值与Butterworth商业化还是科学研究上都变得越来越普及。关于微通(1975)关联式基本一致，水平套管内压降实验值与道内流体阻力特性，国内外学者已经进行了大量的研Friedel(1979)关联式很好地吻合。Wu等实验研究。xu等⋯对垂直矩形微通道进行了气一液两相流究了不同气体在微通道内的流动特性，发现管壁相对流型研究，实验结果表明：与常规通道相比，直径小粗糙度导致雷诺数转捩提前，且管壁粗糙度越大转捩于0．3mm微管内流型出现了新变化，不再出现泡状越提前

7、。Yu等对圆管内氮气和水的流动特性进行流，但出现了弹状一滴状流和环状一滴状流2种新流了系统研究，实验结果表明：在微通道中用雷诺数来型。Xu在绝热矩形微通道内进行了空气一水两相界定流体流动状态已不适用，处于层、湍流区单相流流流型实验，发现泡状流向弹状流，弹状流向团状体的摩擦阻力系数均低于常规理论值。彭晓峰等研流，团状流向环状流的过渡线均向右偏移。Ekberg究了不锈钢材质的微通道阻力特性，实验结果表明：等实验研究了透明水平套管内空气一水两相流流临界雷诺数与通道水力直径有关，还发现层流区摩擦型、孔隙率和压降关系，发现微通道内流型较常规通阻力因子与通道几何形状有关

8、，当通道高宽比接近0。5时，通道摩擦阻力最小。Mal