排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报  2011, Vol. 29 Issue (3): 255-259    DOI: 10.3969/j.issn.1674—8530.2011.03.015
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齿形微通道内流流场数值模拟及试验研究
金文1, 张鸿雁2, 何文博 3
( 1. 西安航空技术高等专科学校动力工程系,陕西 西安 710077; 2. 西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西 西安710055; 3. 西安交通大学能源与动力工程学院,陕西 西安 710049)
Numerical simulation and experiment for velocity field in jagged micro- channel
Jin Wen1,Zhang Hongyan2,He Wenbo3
(1.Department of Power Engineering,Xi′an Aerotechnical College,Xi′an,Shaanxi 710077,China;2.School of Environment and Municipal Engineering,Xi′an Architectural and Technological University,Xi′an,Shaanxi 710055,China;3.School of Energy and Power Engineering,Xi′an Jiaotong University,Xi′an,Shaanxi 710049,China)
 全文: PDF (630 KB)   HTML (1 KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 以断面尺寸800μm×800μm的齿型微通道为研究对象,在雷诺数为100和300流动条件下对微通道内流进行试验测量和数值模拟.利用Micro-PIV技术,获取了微通道内流流场速度矢量分布图和流线图,试验结果发现微通道内流在各齿之间流动结构具有重复性,齿内流场包含高速区和低速区,且低速区在转向内侧和左顶角区域存在回流,内附一个完整的涡旋.数值模拟采用多孔介质模拟微通道壁面粗糙元、配合realizable k-ε湍流模型的数值模拟方法,对微通道几何结构单齿建模,利用周期性边界条件模拟计算得到了微通道内流流场分布,模拟流场与试验结果特征相同;在微通道内流特定截面上进行流速定量分析,分析结果为模拟值与试验值吻合程度高,证明该模拟方法在较大雷诺数范围内均适用于复杂结构的微通道内流流动模拟计算.
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金文
张鸿雁
何文博
关键词齿形微通道   微通道粒子图像测速技术   数值模拟   多孔介质模型   速度分布     
Abstract: Under Re of 100 and 300 respectively,the flow field distributions in jagged micro-channel with side lengths of 800 μm were investigated by experimental measurement and numerical simulation.Applying micro-PIV technique,the research got the velocity vector distributions and streamline graphs of the flow field.The results show that the flow structures are the same in each gear of the micro-channel.It has high-speed zone and low-speed zone in the flow field of single gear,and the backflow appears in the flat top and corner with a complete vortex in the low-speed zone.A novel numerical method for simulating micro-scale flow field was established mainly by adopting porous medium model,realizable k-ε turbulence model,and single gear geometric model setting.The flow field distributions in the micro-channel are got by simulating and calculating under periodic boundary conditions.The simulation flow fields are consistent with the experimental results.Through the quantified analysis on the specific cross section,it proves that the simulation value and experimental value have a high degree of similarity,and the numerical simulation approach can be used in all the inflow velocity simulation for the complex structured micro-channels with a wider range of Reynolds.
Key wordsjagged micro-channel   micro-PIV   numerical simulation   porous medium model   velocity distribution   
收稿日期: 2010-06-12; 出版日期: 2011-05-30
基金资助:

 国家自然科学基金资助项目(10972176);陕西省教育厅科学研究计划项目(2010JK617)

通讯作者: 金 文( 1967-),女,吉林扶余人,教授,博士( jinwen385@163.com) ,主要从事微尺度流体动力学研究.   
作者简介: 张鸿雁( 1960-),女,陕西西安人,教授,博士( zhanghongyan@ xauat.edu.cn) ,主要从事流体力学研究.
引用本文:   
金文, 张鸿雁, 何文博 . 齿形微通道内流流场数值模拟及试验研究[J]. 排灌机械工程学报, 2011, 29(3): 255-259.
JIN Wen, Zhang-Hong-Yan, He-Wen-Bo- . Numerical simulation and experiment for velocity field in jagged micro- channel[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engin, 2011, 29(3): 255-259.
 
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