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摘 要

由于尺寸大大减小，微通道内部流体流动和传热现象不同于常规尺度下的通道。流体的流动呈现出不一样的变化规律。一些在正常尺寸下可以忽视的因素变的重要起来。研究流体在微通道内是如何流动的变得越来越重要。近年来，数值模拟研究方法为经济和安全地设计、评价提供了强有力的手段。故本文采用数值模拟方法，使用FLUNET软件，着重研究了（1）不同当量直径对T形微通道内流体流动影响；（2）流体不同的入口速度对T形微通道内流体压力分布的影响；（3）T形微通道和蛇形微通道内流体压力分布、速度分布和流体分布。

通过进行建模、划分网格、数值模拟、后处理等一系列工作，得到了以下结论：（1）随着微通道尺寸的减小，流体流动前后压差变大，并在气液汇合处开始出现压力损失。（2）随着入口流速的增加，流动前后压差变大。流速过大时气液汇合后出现混乱区域，流速越大，该区域越长。（3）对比矩形通道，蛇形微通道内流体流动前后压差大大小于矩形微通道。蛇形微通道内速度分布出现了明显的分层，平均速度高于矩形微通道。

关键词：异形 微通道 数值模拟 内部流动

Study on the fluid flow in a specially shaped microchannel

Abstract

Due to the greatly reduced size, the flow and heat transfer in micro channel is different from that in conventional scale. Fluid flow is not the same as the law of change. Some factors that can be ignored under normal conditions become important. It becomes more and more important to study the flow of fluid in the micro channel. In recent years, the research method of numerical simulation provides a powerful means for the design and evaluation of economy and safety.In this paper, the use of FLUENT, focuses on the (1) Effect of different equivalent diameter on the flow of fluid in T shaped micro channel; (2) Effect of inlet velocity of fluid on the distribution of fluid pressure in T-shaped microchannel; (3) Effect of fluid flow T shaped micro channel and serpentine microchannels.

Through a series of modeling, meshing, simulation and post-processing work, the following conclusions: (1) with the decrease of the size of micro channels, fluid flow and pressure difference becomes larger, and at the junction of gas-liquid began to appear the pressure loss. (2) with the increase of the inlet velocity, the pressure difference between the front and the back pressure becomes larger. When the flow velocity is too large, after gas-liquid convergence, there is a chaotic area, the greater the flow rate, the longer the region. (3) comparison of rectangular channels, fluid pressure in the serpentine microchannel is much less than that of rectangular micro channel. The velocity distribution in the serpentine micro channel appears obvious stratification, the average speed is higher than that of rectangular micro channel.

Key words: Alien；Micro channel；numerical simulation；internal flow

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2研究现状 1

1.3微通道特性 3

1.3.1 工质流动方式 3

1.3.2压力降 3

1.4本文主要研究内容 4

第二章 建模 5

2.1 软件介绍 5

2.1.1 SolidWorks 5

2.1.2 ICEM 5

2.2微通道模型 5

2.3网格划分 6

2.4 边界条件的确定 7

2.4.1 进口边界条件 7

2.4.2出口边界条件 7

3.4.3固壁边界条件 7

第三章 模拟计算 9

3.1 FLUENT软件 9

3.2不同尺寸的微通模拟 10

3.2.1不同尺寸对微通道内流体压力分布影响 11

3.2.2微通道尺寸对流体速度变化影响 13

3.2.3微通道尺寸对流体分布影响 14

3.3不同进口速度下的矩形微通道模拟 15

3.3.1进口速度对流体压力分布影响 15

3.3.2不同流速对微通道内流体分布影响 17

第四章 异形微通道的模拟 19

4.1异形微通道模型 19

4.2不同的形状对流体压力分布的影响 19

4.3不同的形状对流体流速分布的影响 21

4.4不同的形状对管道内流体分布的影响 21

第五章 总结 23

5.1结论 23

5.2 展望 23

参考文献 25

致 谢 28

第一章 绪论

1.1引言

伴随科技的进步，新一代的电子产品体积越来越小，重量越来越轻，其热密度已达5至10MW/m²而老一代的风冷冷却器却已经无法达到应有的散热要求。在1981年,Tuckerman和Pease^[1]提出了微通道散热器的概念。随着发展，微通道热沉作为一个新型的散热器，具有体积小、轻巧、传热强的优势，得到了全世界的广泛关注。

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