一、粗糙表面对微尺度流动影响的数值分析（论文文献综述）
肖志菲[1]（2021）在《微尺度下板料的韧性断裂与成形极限预测及数值模拟》文中提出随着对产品便携性要求的提高,微型零件的需求越来越大。微成形技术是一种直接利用板料塑性成形制造微零件的方法,相对于微加工技术具有低成本、高效率等优点。在金属成形过程中,金属的韧性断裂行为是影响板料成形性能的主要因素。为了提高微成形零件的成形质量和成形效率,完成合理的成形设计,需要了解成形机理,并建立准确的成形仿真模型。但在微成形过程中由于尺寸效应的存在,宏观断裂模型和数值模拟方法不能直接应用于微尺度下材料变形断裂行为的预测模拟。微尺度下板料的成形断裂预测不够成熟,制约了微成形技术的发展,因此需要开发应用于微成形的模型进行数值模拟。金属韧性断裂是孔洞累积的结果,孔洞的演变包括形核、长大、聚集三部分。目前最为广泛的孔洞断裂模型为GTN（Gurson-Tvergaard-Needleman）模型,它在宏观尺度下预测高应力三轴度板料断裂具有很高的准确性,但由于尺寸效应的存在以及模型中无法体现应力状态对材料断裂的影响,不能直接预测微成形零件的韧性断裂行为。本文结合Thomason模型和Lemaitre力学损伤模型建立了剪切修正的GTN模型,并开发相应的数值算法以及损伤参数确定方法,预测微介观尺度下复杂应力状态的韧性断裂。首先,研究进行了韧性断裂机理研究,并建立了剪切修正的GTN模型。金属板料在成形过程中的断裂行为存在着两种依赖于应力状态的断裂损伤机理:以拉伸断裂为主的孔洞损伤断裂和以剪切断裂为主的滑移损伤断裂。通过考虑尺寸效应对孔洞演变的影响,以及应力状态对材料断裂行为的影响,在GTN模型的基础上加入尺寸因子并使用Lode参数表征应力状态,建立改进的韧性断裂模型,并使用VUMAT子程序镶嵌至ABAQUS中进行数值计算。然后,研究进行了微介观尺度下板料级进成形实验,设计了用于制造微齿轮的成形模具,并研究了尺寸效应对镁锂合金成形效果的影响。通过剪切修正的GTN模型进行数值模拟,探究了微观尺度下尺寸效应和孔洞演化对成形过程中材料的影响,并且使用显微镜观察了尺寸效应对成形零件成形过程中产生翻边、毛刺等成形缺陷的影响。最后,利用DIC（Digital Image Correlation）设备对微尺度下TA2材料使用Holmberg方法进行了成形极限测试。研究了尺寸效应以及变形孪晶对材料成形极限的影响,并使用数值仿真计算分析了成形过程中应力状态、孔洞演化、尺寸效应、长大孪晶对材料成形极限的影响。此外,为了验证剪切修正GTN模型对成形极限预测的准确性,进行了 0.1mm钛板冲压成形实验,通过实验发现该模型能够准确预测材料断裂时的成形极限。
解鸿偲[2]（2021）在《微观尺度下磨粒流加工钛合金的力学行为和特性数值研究》文中进行了进一步梳理材料的轻量化和抗高温能力一直是国内外研究人员关注的焦点。过去,镍基合金已经广泛应用于航空航天等领域,而其较大的密度使其难以达到轻量化的标准。钛合金的横空出世解决了这一难题,尤其是γ-Ti Al合金。γ-Ti Al合金作为一种新型轻质的高温结构材料,已经被认为是应用于高温的优秀候选材料,然而室温脆性限制了其广泛应用。磨粒流加工技术作为一种微量加工技术,可实现脆性材料的塑性去除,因此对γ-Ti Al合金材料在磨粒流加工过程中的塑性变形行为和材料去除特性展开研究具有重要的实际意义。然而,磨粒微切削过程是微观尺度下的动态过程,使用传统的实验方法很难实时观察微观细节。本文借助分子动力学模拟方法在微观尺度入手研究磨粒流加工过程,揭示磨粒流加工γ-Ti Al合金材料的力学行为和微切削特性。目前多数关于γ-Ti Al合金的研究集中在真空环境中的光滑材料表面,而实际的磨粒流加工过程并非真空的加工环境,且加工的材料表面并非完全光滑的。有鉴于此,本文构建了更贴合实际加工的流体介质环境中磨粒微切削单晶γ-Ti Al合金粗糙表面的分子动力学模型,考虑到航空煤油组分极其复杂,设定正十二烷为流体介质,采用联合原子模型将十二烷分子中CH3和CH2基团视为单个相互作用点以提高计算效率,使用纹理表面充当特殊粗糙表面。基于所建立的磨粒微切削单晶γ-Ti Al合金粗糙表面模型,对微切削过程中材料去除、流体介质分布、切削力变化、温度和能量变化以及亚表面缺陷演变进行分析和讨论,发现在磨粒的挤压和剪切作用下,部分工件原子堆积在材料表面形成切屑,而部分工件原子将向下方位移形成已加工表面;由于位错的运动、形核和湮灭,工件亚表面将产生很多缺陷结构,例如原子团簇、堆垛层错、位错环、棱柱位错环以及大量点缺陷结构;位于相邻密排面上四个不同晶向的堆垛层错沿其Burgers矢量滑移直至到达滑移面的交线,相互反应产生阻碍堆垛层错继续滑动的Lomer-Cottrell位错和Hirth位错,它们与Shockley位错共同组成棱柱位错环缺陷结构;棱柱位错环结构由于中存在阻碍滑移的压杆位错,易于稳定地存在于工件亚表面。然后,考虑了切削深度、磨粒粒径以及磨粒种类三个加工参数,分析了不同加工参数对微切削过程中材料去除和加工质量的影响规律。仿真结果表明:较小的切削深度尽管会使材料去除原子数目较小,但会大大降低工件亚表面的变形程度;选择较小的磨粒粒径尽管会降低材料去除效率,但会减少位错的形核,从而获得更好的加工表面;选择CBN磨粒可以抑制位错形核、降低缺陷出现的可能性,因此可以有效替代极其昂贵的金刚石磨粒。此外,建立了纳米压痕的分子动力学模型,对已加工材料中稳定存在的棱柱位错环演变过程进行详细地分析,将加工前后工件表面性能进行对比,发现尽管纳米压痕会使材料原本存在的缺陷消失,但压痕区域下方将出现较多空位缺陷;原本存在的缺陷使得材料硬度增大,验证了已加工表面由于材料内部存在缺陷所导致的加工硬化现象。
宋孟天[3]（2020）在《微流道斯托克斯流摄动-数值分析及粗糙度检测模型与方法的构建》文中研究表明随着制造技术的飞速发展,微流控设备的应用越来越广泛。整个系统可集成在厘米级甚至微米级尺度的芯片上,在这个尺度下,表面粗糙度的影响是不可绕开的一个难题。由于加工精度的局限和工作过程中的沉积、磨损和腐蚀等原因,表面粗糙起伏得以形成。表面粗糙度一方面会对微流道内流体的流动特性产生影响,使其不再满足原有的性能要求;另一方面对部件的机械性能例如作用于其上的力和力矩有较大影响。因此,进行表面粗糙度检测,对判断设备是否需要更换或维修非常重要,可以避免设备失效破坏造成经济损失。常用的表面粗糙度检测技术有原子力显微镜法、扫描隧道显微镜法、超声波法和光学测量方法等,虽然具有较高的精度,但所需设备昂贵,并且难以直接检测微流控设备中内部元件的表面粗糙度。因此,开发一种经济便宜的表面粗糙度检测方法,但仍能获取表面粗糙度的总体或平均特征,具有重要的实际意义。本文从流体力学的角度,通过边界摄动法,对粗糙微流道中库埃特流动和泊肃叶流动问题进行系统求解。所考虑的表面粗糙度模型为两个余弦函数的乘积,它代表了最广泛的傅里叶波形的一个普遍成分。在检测表面粗糙度时,该模型包含三个待定参数:平均幅值ε,平均周向波数n,平均轴向波数α。通过数值方法验证解析解的准确性,并将结果进行延伸,以拓展拟建立的粗糙度检测方法的粗糙度幅值范围。基于该模型的研究结果构建一种新的轴表面粗糙度检测方法,经济性好,操作简单,具有一定的普适性和实用价值。具体工作为:1.采用余弦函数的乘积模拟表面粗糙度,建立由外光滑圆柱和内粗糙轴构成的微流道模型。以内轴的表面粗糙度平均幅值与其平均半径之比ε作为小参数,进行精确到二阶的摄动展开,分别对由外光滑圆柱旋转产生的库埃特流动和施加外压力差产生的泊肃叶流动进行解析求解。由于雷诺数很小,惯性项可忽略,因此流动可视为斯托克斯流动。得到库埃特流动中粗糙轴上的平均力矩M和泊肃叶流动中微流道内的流体总流率Q的ε二阶修正表达式。2.根据得到的解析解,进一步深入研究在不同平均半径b下,轴的粗糙度无量纲平均幅值ε、周向波数n和轴向波数α对M和Q影响,并分析和解释了相关现象。结果表明,粗糙度对M的净效应总是正值,表现为力矩的增大,并且随着b的增大而增大;而对Q的净效应则更加复杂。对于给定的b值,在适当的（n,α）值组合下,M可以达到最小值,Q可以达到最大值;另一方面,给定Ac值,尽管b取值不同,M和Q总是在相同的（n,α）值时分别取得最小值和最大值。此外,由于摄动分析法的有效性限制,波数n和α被限制在一定的范围内,且非常依赖b的取值。3.为了验证摄动分析法的准确性,利用商业软件COMSOL Multiphysics进行了数值模拟验证,结果显示,对于大部分的情况,当ε=0.01,0.025,0.05和0.1时,解析解和数值结果之间的误差较小,即摄动分析法的有效应用范围是ε≤0.1。进一步通过数值方法将结果延伸至ε=0.15,0.2,0.25,0.3和0.4,以拓展拟建立的粗糙度检测方法的应用范围。4.基于以上研究结果,由粗糙轴平均半径、粗糙度幅值、周向和轴向波数与平均力矩和总流率的关系,构建一种流体力学角度的轴表面粗糙度检测方法。该方法通过力矩和流率的组合测量,即可估算粗糙度平均幅值、平均周向波数和平均轴向波数参数,可克服传统粗糙度检测技术的应用困难,为实现微流控设备表面粗糙度的不拆卸快速检测打下基础。
任泽斌[4]（2020）在《微通道结构对流动换热特性影响分析》文中研究表明高新科学技术不断发展,工业取得长足进步,尤其是航天航空、计算机技术的深入发展,对设备的安全稳定运行提出了更高的要求。在这些设备中不乏存在一些发热量较高的元器件。如何对大功率的集成电路、涡轮叶片等发热高的元器件降温成为了研究的热点,另一方面微机系统MEMS的提出,加速了关于微型换热器的研究,本文基于这样的课题背景,对大功率的微通道换热器（微通道热沉）进行了研究。首先介绍了微通道热沉的基本研究现状,包括改变截面形状,改变工质流体以及关于粗糙度的研究三个方面。同时对微通道热沉的流动特性和能量传递进行了简单介绍,并对尺度效应做了大致的归纳与解释。介绍了分形几何学的研究现状,对分形维数的概念进行了数学解释;开发出了二维分形函数的matlab程序。以影响分型函数曲线的两个重要参数为变量对分形函数曲线进行了对比,发现了特征系数和分形维数对曲线形态的影响,为后续模型建立打下了基础。对流体动力学中的控制方程以及能量控制方程进行了推导,确定了基本的边界条件。介绍了一些衡量传热和流动特性的参数与其计算公式。以两种建模的思想,控制微型单层直通道热沉的高宽比进行了建模,对计算后得到的结果进行了定性分析,确定了两个设计变量及其范围。介绍了响应面方法的基本思想,带入上述两个设计变量,并以进出口压降和温差进行了实验设计,通过软件Design Expert建立了响应面数学模型,得到了关于设计变量与响应值的两个二次多项式。对数学模型的精度进行了分析,发现精度较高,对二次多项式的系数进行了分析,发现多项式系数具有很高的显着性,可以很好的表述设计变量与响应值之间的关系。对微通道粗糙元进行了研究。通过控制规则粗糙元的高度、间距,分形函数粗糙元的特征系数和等分间距,对粗糙元对微通道的流动换热特性进行了研究,同时以四种雷诺数对模型进行了计算,发现了关于粗糙元高度、粗糙元间距、粗糙元空间位置、雷诺数以及粗糙元形状对流动及换热特性的影响机理。对扰流柱的排列方式,横向间距和纵向间距,以及异形扰流柱进行了对比研究,发现叉排排列比平行排列有更好的换热性能。横向间距相比于纵向间距,对流动特性的影响更大。在关于异形扰流柱的研究中,发现水滴型扰流柱对换热性能有较大促进作用,机翼形扰流柱在增加一定的换热能力的同时,压力损失最小。
张晓宇[5]（2020）在《固体接触界面微通道流体流动特性研究》文中研究指明两固体接触界面间存在各种不同形状和尺寸的凸体或者凹槽,其尺度范围在微米级或纳米级,这些凸体和凹槽会对界面间流体流动产生影响。较大的凸体和凹槽会形成凸峰与间隙,较小的凸体及凹槽会形成微凸体或者微通道。目前,微通道、微凸体的研究结果在航天、船舶、生物医疗、电子设备、通讯等领域中得到广泛应用。由于微通道的特征尺寸较小,一些在常规通道中可以忽略的因素无法在微流动研究中起关键作用,微通道流动体现出与常规流动不同的流动特性。在这些因素中,接触界面的结构形式与粗糙表面凸体、凹槽的形状和分布排列有关,微通道结构形式成为了影响微流体流动的重要因素之一。通过建模软件Gambit、Solidworks和有限元分析软件建立了接触界面微通道二维、三维有限元分析模型,获得了微通道结构形状参数和尺寸参数。分析了界面间层流流动中速度、压力、回流及阻力特性在不同界面结构形式下对微通道流体流动的影响。研究结果表明,微通道内流体的速度、压力随微凸体所占微通道面积比的增大而增大。微凸体顶端为速度、压力的较大区域,微凸体两侧速度、压力相对较低,微凸体间隙为速度、压力值的最小区域。截面出口速度随截面位置呈现抛物线趋势。中心轴压力随平板位移呈现波动式下降趋势。由于微凸体的结构不同,微通道内会产生不同的回流现象。微通道内层流阻力的增加是由于微凸体结构和回流现象产生的压差阻力所导致。微凸体的高度对流体流动能够产生较大的影响,而微通道内微凸体的密度分布对流动机理的影响较小。建立了不规则微通道模型用于模拟仿真更为真实的粗糙接触界面。在微凸体的顶端为速度和压力的较大区域,在微凸体的两侧速度和压力较低,在流线的交汇区为速度和压力的较大区域。回流现象与微凸体的结构分布有较大的关系。通过建立不规则微凸体模型探讨流体流动机理对工程方面有较大的研究价值。利用模拟仿真软件Comsol分析了粗糙界面内流体的润湿铺展路径。获得了液滴在单个矩形微通道内的运动状态,通过改变壁面接触角获得了液滴在微通道内的自输运移动途径,研究结果表明液滴总是向接触角小的一端流动。液滴在单个矩形微通道的润湿铺展特性是流体微流动更加微观的运动形式,是研究不同微通道中流体流动的理论基础之一。本论文分别从宏观、微观角度研究规则、不规则微通道内界面结构形式及单个微通道内液滴的润湿铺展特性来探讨微流体的流动特性。其微流动机理的研究具有重要的科学意义和工程应用价值。
柳海成[6]（2019）在《粗糙微通道输运特性及其在多孔介质中的应用》文中研究表明微流控技术广泛应用于微电子机械系统和光电材料等领域,而粗糙微通道的输运特性对于微流控技术的发展至关重要。不仅如此,粗糙微通道的输运特性对于多孔介质的物理性质也具有重要的影响。因此,研究粗糙微通道的输运特性和物理机理对于光电材料、多孔材料、微机电系统以及微流控技术等领域具有重要的科学和实践意义。影响粗糙微通道输运特性的因素众多且机理非常复杂,其中粗糙表面引起的表面效应对于输运特性起主导作用。多项研究表明,粗糙表面在一定尺度范围内满足分形标度定律。因此,本文采用分形几何理论表征粗糙表面的结构特征,结合理论分析和数值模拟研究了粗糙微通道的输运特性及机理,并讨论了粗糙微通道在微纳尺度多孔介质中的应用。本文主要研究内容和结果包括:（1）粗糙微通道的流动特性:分别采用规则粗糙元模型和分形粗糙元模型构建了粗糙微通道的几何结构,研究了入口速度、表面粗糙度、粗糙元形状以及粗糙表面分形维数对于微通道流动特性的影响规律和机理,建立了泊肃叶数和粗糙度、雷诺数以及分形维数的定量关联。结果表明,数值计算结果和实验数据较为吻合,粗糙元结构和表面粗糙度对于微通道的输运特性具有显着影响;相同表面粗糙度条件下,分形维数越大,粗糙表面越不规则,流动阻力越大,泊肃叶数越大。（2）多孔介质粗糙微通道:建立了多孔介质的分形毛管束模型,考虑了微通道的粗糙表面,推导了多孔介质的有效渗透率,数值模拟了分形粗糙微通道的渗流规律。结果显示,孔径分形维数的增加意味着多孔介质孔隙率的增大,多孔介质的渗透率增加;粗糙表面分形维数的增加导致流动阻力增加,微纳尺度多孔介质的渗透率降低。（3）裂缝型多孔介质微通道:建立了裂缝型多孔介质的分形双重介质模型,考虑了微裂缝的粗糙表面,得到了裂缝型多孔介质渗透率和裂缝份数标度关系。计算结果表明,裂缝孔径分形维数的增加和长度分形维数的减小可以提高介质的渗透率,粗糙表面对于微裂缝的输运过程具有重要影响,其渗透率随着表面粗糙度的增加而显着降低。本文的研究对理解粗糙微通道的输运机理和多孔介质渗流规律具有重要的科学意义,有利于进一步推动光电材料、多孔材料、微机电系统、微流控技术、微通道冷却、燃料电池以及非常规油气资源等领域的发展。
侯亭波[7]（2019）在《凹穴型复杂微通道换热器结构设计及流动与传热性能研究》文中进行了进一步梳理近年来,随着微细加工技术的快速发展,以微通道为研究主体的微型换热器相继出现,微尺度流动以及换热成为当前的关注重点。随着大规模集成电路的迅速发展,高热流密度微型设备的散热量已经接近107W/m2量级,简单结构的微通道换热器已经无法满足其散热要求。本文设计建立直微通道与圆形凹穴型微通道模型,采用数值方法对其进行流动与传热性能的研究,基于热力学第二定律建立凹穴型微通道熵产模型,采用熵产最低原理以及场协同原理对其进行热力学分析,进一步研究凹穴形状、圆形形状以及凸肋排布方式等凹穴结构参数对凹穴型微通道流动、传热、场协同、熵产以及热传输效率等性能的影响规律。通过单微通道的阵列过程,建立凹穴型复杂微通道板模型,设计相应凹穴结构复杂微通道换热器,进一步对其进行数值模拟分析,同时加工并制造相应凹穴结构的复杂微通道换热器实物,设计并搭建实验平台进行实验验证。主要研究内容如下:1)建立基于场协同原理的凹穴型微通道传热模型。借助场协同原理,分析圆形凹穴型微通道强化传热本质机理;基于热力学第二定律建立凹穴型微通道的熵产模型,从熵产最低原理分析凹穴型微通道强化传热的本质。同时从（?）的基本表达式推导微通道传热过程中的热能传输效率,进一步完善凹穴型微通道强化传热的热力学模型。2)基于热力学模型以及场协同原理的凹穴型复杂微通道性能研究。建立直微通道和圆形凹穴微通道数值模型,对微通道流动、传热、场协同性、熵产以及热能传输效率等性能进行分析,结果表明圆形凹穴微通道的流动性能、换热性能、传热场协同性、熵产以及热传输性能均要优于直微通道,而其流动场协同性要差。3)结合热力学模型以及场协同原理分析凹穴结构参数对凹穴型微通道性能影响规律,包括流动性能、换热性能、场协同性、熵产以及热能传输效率等,研究结果表明在不同凹穴形状（矩形、梯形、圆形）的结构中,圆形凹穴微通道的各项性能要优于其它凹穴型微通道。椭圆形凹穴微通道的性能随着椭圆度的增大先变优后变差。单边凸肋圆形凹穴微通道的流动性能要比奇对称凸肋圆形凹穴微通道与偶对称凸肋圆形凹穴微通道要好,而其它的性能则反之。4)凹穴型复杂微通道换热器结构设计与数值模拟。对比分析圆形凹穴微通道换热器与直微通道换热器的流动性能与换热性能。结果表明前者的凹穴中存在低速回旋区。两者的压强均随着流体的流动距离增加而减小,并且前者产生的压降要比后者小。圆形凹穴微通道换热器的冷水出口温度要高于直微通道换热器,而热水出口温度则相反。进一步研究凹穴形状、圆形形状以及凸肋排布方式等凹穴结构参数对微通道换热器的性能影响规律。研究结果发现不同形状凹穴中均存在低速回旋区,圆形凹穴微通道换热器的流动与换热性能要比其它形状的凹穴型微通道好;椭圆形凹穴微通道换热器的流动与换热性能均随椭圆度的增加先变优后变差;偶对称凸肋圆形凹穴微通道换热器的换热性能相对其它凸肋圆形凹穴型微通道换热器要好,单边凸肋圆形凹穴微通道换热器的流动性能则比其它其它凸肋圆形凹穴型微通道换热器要好。5)凹穴型复杂微通道换热器性能实验研究。研究凹穴形状、圆形形状以及凸肋排布方式等凹穴结构参数对凹穴型复杂微通道换热器性能的影响规律,并将实验与仿真值进行对比。结果表明在不同凹穴形状中,圆形凹穴微通道换热器的流动与换热性能优于其它形状的凹穴型微通道。椭圆形凹穴微通道换热器的流动与换热性能随着椭圆度的增大先变好后变差。偶对称圆形凹穴型微通道换热器的换热性能要优于其它其它凸肋圆形凹穴型微通道换热器最好,单边凸肋凹穴型微通道换热器的流动性能比其它其它凸肋圆形凹穴型微通道换热器要好。对比分析仿真与实验,结果发现实验与仿真基本吻合,从而验证之前数值模拟的合理性。
周畅[8]（2019）在《微小尺度下气体流动与换热的格子Boltzmann模拟》文中认为随着科学技术的进步和现代工业的发展,机械设备逐渐向着小型化、智能化的方向发展,微机电系统（MEMS）应运而生,近年来在航空航天、生物医学、汽车工程、光电等领域得到广泛的应用,具有美好的应用前景。在家用空调领域,小管径换热器由于其相对较低的制造成本和较高的紧凑性,引起大量的关注。但是当管径逐渐减小时,一些在宏观尺度下可忽略的微尺度效应需要被考虑。格子Boltzmann方法作为一种介观数值模拟方法,具有边界条件处理简单,程序易于实现等优势,在气体微流动与换热领域逐渐得到广泛应用。本文首先基于小管径换热器,采用双分布函数热模型,研究外掠单管和管束的流动与换热现象。对于单管的模拟,随着Re数的增加,流体绕流圆管从稳态流动到逐渐发生脱体到最后出现非稳态的流动,产生卡门涡街,并且随着Re数的增加,换热逐渐增强。对于顺排管束与叉排管束,研究了管间距为1.5D,2D和2.5D的情况,在Re=40时,随着管间距的增加,平均Nu数呈现上升的趋势,并且管间距为2D和2.5D时换热趋势大致相同,Nu数相差较小,叉排管束由于没有前排管束的直接遮挡,使得换热情况优于顺排管束。当管径小于65μm时,会出现微尺度效应,流动和传热规律与常规尺度不同,此时必须考虑速度滑移和温度跳跃现象。本文随后对微通道滑移区气体的流动与换热问题展开分析,采用了新的边界处理格式,即平衡态与镜面反射相结合的边界,以捕捉固体边界处的速度滑移与温度跳跃,并采用该边界格式模拟分析了二维Poiseuille流和Couette流,研究结果表明光滑微通道内Poiseuille流和Couette流,在壁面处气体的速度与温度均与壁面的速度与温度存在偏差,即产生了速度滑移与温度跳跃现象,并且随着Knudsen数的增加,气体的稀薄效应更加显着,气固界面处的速度滑移与温度跳跃逐渐增加,相对滑移长度与温度跳跃长度也相应增加,同时摩擦阻力逐渐减小。在微尺度下,即使粗糙度很小,在边界处引起的扰动也会影响整个通道的流动与换热情况。本文最后模拟粗糙壁面Poiseuille流并与光滑情况进行对比,结果表明粗糙度的存在增加了气体与壁面的作用强度,使得能量交换增强,减弱了壁面处的速度滑移与温度跳跃,并且随着粗糙元高度的增加,相对速度滑移与温度跳跃长度均减小。
吴国凤[9]（2019）在《金属O形环密封性能分形分析》文中研究指明金属O形环已在核电行业广泛应用,在反应堆压力容器中起到阻止内部高温、高压及含放射性冷却剂泄漏的作用。在反应堆压力容器中常采用Inconel 718合金自紧式O形环进行密封,其具有预紧力小、压缩量大和回弹密封性能好的优点。以往通常采用各工况下金属O形环回弹量与上、下法兰错开量之间的关系来间接反应密封设备的密封性能。密封的目的是防止泄漏,而绝对不漏是不存在的,只是泄漏程度的大小不同而巳,本文采用泄漏率来直接反应金属O形环的密封性能。因此,本文针对金属O形环的泄漏模型进行研究,主要研究工作和结论如下:（1）对密封间隙中流体的流动状态、泄漏通道结构型式以及现有典型泄漏模型进行了分析;并结合金属O形环的适用压力范围、密封间隙大小及其金属材质等特性,提出基于金属平垫片密封模型来建立金属O形环密封结构的泄漏模型。（2）简单介绍了分形理论和分形维数的基本概念以及粗糙表面轮廓的分形表征;着重分析了密封粗糙表面微凸体的变形机制,以及法兰与金属O形环密封粗糙表面接触分形模型;并建立了更接近实际情况的密封面平均压紧应力与真实接触面积的关系。（3）对金属O形环密封结构的泄漏率进行了计算。首先应用有限元软件和数学软件对金属O形环密封面接触宽度和平均接触应力进行了有限元分析和回归分析,得到了接触宽度、平均接触应力与金属O形环压缩率的关系;再结合真实接触面积与压紧应力的关系及分形参数和修正参数:最后基于金属平垫片密封模型,计算出金属O形环密封泄漏率。并对泄漏率计算值与现有试验值进行对比分析,发现计算值与试验值相差几个数量级,计算结果远大于试验结果。分析可能是泄漏计算中采用的金属平垫片的分形参数和修正参数所致,因此,需要进一步探讨接触参数对泄漏率的影响。（4）采用数学软件分析了泄漏模型中分形参数和修正参数对泄漏率的影响,结果表明分形维数D、尺度系数C和修正参数C1对泄漏率的影响程度远小于修正参数C2。因此,保持其余参数不变,在金属O形环压缩率为1 0%时,对修正参数C2进行调整,使泄漏率计算值与现有试验值差距减小到一个量级以内;再采用调整后的参数计算不同压缩率下的泄漏率进行验证分析。验证结果表明,不同压缩率下泄漏率的计算值与试验值均在同一量级;说明调整参数后的泄漏模型可为金属O形环泄漏率的预测提供参考。（5）采用调整参数后的泄漏模型对某核电能量转换单元压力壳上部密封组件和下部密封组件进行了泄漏率计算。按压力壳设计参数,应用有限元软件对密封元件外环密封面接触宽度和平均接触应力进行了有限元分析和回归分析,并结合修正后参数计算出压力壳在设计压力下的泄漏率。计算结果:上部密封元件外环在设计压缩率为12%、环境温度为125℃及设计压力为7MPa的工况下,泄漏率为1.09×10-9MPa·cm3/s;下部密封元件外环在设计压缩率为12%、环境温度为350℃及设计压力为8MPa的工况下,泄漏率为1.11×10-7MPa·cm3/s。本文泄漏率按严格要求限制在1 0-7 MPa·cm3/s以下,因此,上部密封结构和下部密封结构在严苛工况下满足要求。由此可见,本文泄漏预测模型可为密封结构的设计、制造和运行提供率参考。
陈娅君[10]（2019）在《微流控芯片液液萃取的技术研究》文中研究说明微流控技术自兴起以来,一直被化学、生物、电子和机械等领域的研究者们的广泛关注。由于微尺度效应导致了流体在微流控芯片内部通道中的流动不同于宏观体系的特点,同时也促使了很多不同于常规的无膜萃取分离技术的产生,促使了微流控芯片样品前处理技术的进一步发展。本文以微流控芯片液-液萃取为研究对象,从液液萃取的理论基础、工作原理、结构参数以及工作参数对流体流动的影响等方面进行分析,丰富了液液层流萃取的理论方法和研究经验。本工作的主要内容如下:首先,在不层流液-液萃取的萃取技术和理论基础上,提出了不同结构和方式进行萃取的方法,并建立了多相层流的基本原理。提出萃取溶剂和被萃取溶剂由于浓度梯度差的作用下,金属离子由浓度高的液相向浓度低的液相进行传质,并将微通道分为:准备阶段、混合阶段和分离阶段。通过在混合阶段增加辅助结构,使得流体由原本稳定的层流湍动程度加强,增加两相接触界面,从而增加液液萃取效率。其次,分析了微通道内部粗糙度对流体流动的影响。基于近似Derjaguin法的同时充分考虑表面能和Casimir效应,研究微通道内流体的流动机制和动力学特性,分析影响微流道内流体自搬运效率的因素,利用数值计算和实验相结合的方法揭示了微流道内流体的本构方程和流动控制方程,上述结论均经过验证是有效且可信的。结果表明,内壁粗糙度是影响微流道内部液体流动特性和连续自搬运效率的重要因素;当粗糙度等效齿数、等效齿高和等效齿倾角变化时,微流道内近壁面齿隙间的主旋涡和伴生涡都相应发生改变,引起自搬运效率发生相应变化。再次,分析了微通道内不同辅助结构和不同入口结构对液液萃取的影响。其中十字型辅助结构的萃取效果不稳定,而圆柱型辅助结构能有效提高微流控液-液萃取的萃取效率,因此添加适合的辅助结构呢能够让萃取效率提高;在不同入口结构条件下,比较入口流速、两相接触时间以及两相解释界面对萃取效率的影响,其中两相在微通道内占比对萃取效率影响微乎其微;两相接触时间为5-10 s内萃取效率较高;萃取效率随着接触界面的增加而提高,但是接触界面继续增大,萃取效率并没有太大的提升,因此根据第二章提出多相层流的基本原理可知:接触界面增大,微通道长度应缩短,否则容易发生反萃现象。最后,搭建了微流控芯片液-液萃取的实验台,介绍了液液萃取实验的实验设备,以及分析检测方法,并提出了做实验的注意事项。
二、粗糙表面对微尺度流动影响的数值分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、粗糙表面对微尺度流动影响的数值分析（论文提纲范文）
（1）微尺度下板料的韧性断裂与成形极限预测及数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 微成形研究进展 |
| 1.2.1 塑性微成形技术 |
| 1.2.2 微成形过程中的尺寸效应 |
| 1.3 微尺度下韧性断裂准则的研究进展 |
| 1.3.1 韧性断裂的尺寸效应现象 |
| 1.3.2 韧性断裂模型研究进展 |
| 1.4 存在的问题 |
| 1.5 本文的研究内容 |
| 第2章 微观尺度下韧性断裂机理与实验研究 |
| 2.1 金属塑性变形过程中的断裂机理 |
| 2.1.1 孔洞形核 |
| 2.1.2 孔洞长大 |
| 2.1.3 孔洞聚集 |
| 2.2 尺寸效应对金属塑性变形及断裂行为的影响 |
| 2.2.1 尺寸效应对微介观塑性变形过程中流动行为的影响 |
| 2.2.2 尺寸效应对微介观塑性变形过程中表面粗化的影响 |
| 2.2.3 尺寸效应对微介观塑性变形过程中韧性断裂的影响 |
| 2.3 应力状态对金属塑性变形及断裂行为的影响 |
| 2.3.1 应力不变量 |
| 2.3.2 应力三轴度与Lode角 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 金属成形过程中的断裂模型及数值计算方法 |
| 3.1 金属材料微介观尺度本构模型 |
| 3.2 基于尺寸效应的GTN-Thomason模型 |
| 3.2.1 微尺度下孔洞演化模型 |
| 3.2.2 剪切修正的GTN模型 |
| 3.3 剪切修正GTN模型有限元数值计算 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 微尺度下板料级进成形过程及断裂行为预测 |
| 4.1 材料力学性能实验 |
| 4.1.1 实验材料 |
| 4.1.2 金相实验 |
| 4.1.3 单轴拉伸实验 |
| 4.2 微尺度下板料级进成形实验 |
| 4.3 板料级进成形过程的实验分析和数值模拟 |
| 4.4 板料成形断裂行为以及成形缺陷研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 微尺度下板料成形极限及数值模拟 |
| 5.1 材料力学性能实验 |
| 5.1.1 实验材料 |
| 5.1.2 金相实验 |
| 5.1.3 单轴拉伸实验 |
| 5.2 基于DIC的成形极限实验 |
| 5.2.1 DIC设备的搭建与工作原理 |
| 5.2.2 极限应变的测量 |
| 5.3 实验结果和数值模拟结果分析 |
| 5.4 冲压成形实验与分析 |
| 5.5 板料成形结果与分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间取得的科研成果及奖励 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（2）微观尺度下磨粒流加工钛合金的力学行为和特性数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 磨粒流加工技术国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 分子动力学模拟国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 现有研究中存在的不足 |
| 1.5 论文的主要内容 |
| 1.5.1 课题来源 |
| 1.5.2 主要研究内容 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 分子动力学模拟理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 分子动力学基本原理与求解算法 |
| 2.2.1 分子动力学基本原理 |
| 2.2.2 分子动力学求解算法 |
| 2.3 分子动力学模拟的势函数选取 |
| 2.3.1 EAM势函数 |
| 2.3.2 Morse势函数 |
| 2.3.3 L-J势函数 |
| 2.4 分子动力学模拟的平衡系综 |
| 2.4.1 微正则系综 |
| 2.4.2 正则系综 |
| 2.4.3 恒温恒压系综 |
| 2.5 边界条件 |
| 2.6 积分步长 |
| 2.7 模拟结果分析方法 |
| 2.7.1 共近邻分析 |
| 2.7.2 位错提取分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 微观尺度下磨粒流加工钛合金塑性变形研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 分子动力学模型的建立 |
| 3.2.1 磨粒模型构建 |
| 3.2.2 流体介质模型构建 |
| 3.2.3 工件模型构建 |
| 3.3 微切削过程分析 |
| 3.3.1 材料去除和表面形成分析 |
| 3.3.2 流体介质分布分析 |
| 3.3.3 切削力分析 |
| 3.3.4 工件温度和能量变化分析 |
| 3.3.5 亚表面缺陷结构演变分析 |
| 3.3.6 位错演变分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 微观尺度下磨粒流加工钛合金微切削特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 切削深度对微切削过程的影响 |
| 4.2.1 切削深度对材料去除影响分析 |
| 4.2.2 切削深度对切削力变化影响分析 |
| 4.2.3 切削深度对工件温度和能量变化影响分析 |
| 4.2.4 切削深度对晶格结构转变影响分析 |
| 4.2.5 切削深度对位错演变影响分析 |
| 4.3 磨粒粒径对微切削过程的影响 |
| 4.3.1 磨粒粒径对材料去除影响分析 |
| 4.3.2 磨粒粒径对切削力变化影响分析 |
| 4.3.3 磨粒粒径对工件温度和能量变化影响分析 |
| 4.3.4 磨粒粒径对晶格结构转变影响分析 |
| 4.3.5 磨粒粒径对位错演变影响分析 |
| 4.4 磨粒种类对微切削过程的影响 |
| 4.4.1 磨粒种类对材料去除影响分析 |
| 4.4.2 磨粒种类对切削力变化影响分析 |
| 4.4.3 切削深度对工件温度和能量变化影响分析 |
| 4.4.4 磨粒种类对晶格结构转变影响分析 |
| 4.4.5 磨粒种类对位错演变影响分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 微观尺度下磨粒流加工钛合金表面性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 纳米压痕原理 |
| 5.3 压痕仿真模型构建 |
| 5.4 已加工表面压痕过程分析 |
| 5.5 加工前后纳米压痕结果对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论及创新点 |
| 6.1.1 结论 |
| 6.1.2 创新点 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（3）微流道斯托克斯流摄动-数值分析及粗糙度检测模型与方法的构建（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 表面粗糙度模型研究现状 |
| 1.3 表面粗糙度检测方法研究现状 |
| 1.4 表面粗糙度对微流道流体流动特性的影响研究现状 |
| 1.4.1 微流道库埃特流动研究现状 |
| 1.4.2 微流道泊肃叶流动研究现状 |
| 1.5 本论文的研究目标和内容 |
| 1.5.1 研究目标 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第二章 物理问题与数学方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 物理问题 |
| 2.3 流场控制方程 |
| 2.4 无量纲化分析 |
| 2.4.1 库埃特流动 |
| 2.4.2 泊肃叶流动 |
| 2.5 模型有效性论述 |
| 2.5.1 库埃特流动 |
| 2.5.2 泊肃叶流动 |
| 2.6 边界摄动法 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 外圆柱旋转的库埃特流摄动-数值分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 问题描述与数学模型 |
| 3.3 问题求解 |
| 3.3.1 零阶求解 |
| 3.3.2 一阶求解 |
| 3.3.3 二阶求解 |
| 3.3.4 摩擦力矩 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 净效应η和平均力矩M变化范围 |
| 3.4.2 粗糙度密度的影响 |
| 3.4.3 n= 0 或α = 0 的极限情况 |
| 3.4.4 速度剖面 |
| 3.5 数值验证与结果拓展 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 粗糙轴和光滑圆柱间泊肃叶流动摄动-数值分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 问题描述与数学模型 |
| 4.3 问题求解 |
| 4.3.1 零阶求解 |
| 4.3.2 一阶求解 |
| 4.3.3 二阶求解与总流率Q |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 净效应χ和总流率Q的变化范围 |
| 4.4.2 粗糙度密度的影响 |
| 4.4.3 n= 0 或α = 0 的极限情况 |
| 4.4.4 速度剖面 |
| 4.5 数值验证与结果拓展 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 表面粗糙度检测方法构建 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数学模型 |
| 5.3 基于摄动分析法的轴表面粗糙度的反推估算 |
| 5.4 表面粗糙度检测方法的数值拓展 |
| 5.5 拟采取的实验研究方案 |
| 5.5.1 库埃特流实验 |
| 5.5.2 泊肃叶流实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 论文的创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附录 A 第三章部分公式的推导 |
| A1.系数A_1、B_1、C_1、D_1、E_1、F_1的求解过程 |
| 附录 B第四章部分公式的推导 |
| B1.系数A_5、B_5、C_5、D_5、E_5、F_5的求解过程 |
| B2.系数A_6、B_6、C_6、D_6、E_6、F_6的求解过程 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
（4）微通道结构对流动换热特性影响分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微流体粗糙度研究现状 |
| 1.3 微通道热沉的研究现状 |
| 1.4 扰流结构研究现状 |
| 1.5 尺度效应 |
| 1.6 本文主要工作 |
| 第二章 粗糙度分形特征及控制方程 |
| 2.1 表面粗糙度的分形描述 |
| 2.2 控制方程与边界条件 |
| 2.3 相关参数 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 关于截面尺寸的单层平行微通道热沉结构优化 |
| 3.1 模型建立 |
| 3.2 模型计算与结果定性分析 |
| 3.3 定量优化 |
| 3.4 显着性分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 规则与随机粗糙度下微通道流动特性分析 |
| 4.1 规则模型建立 |
| 4.2 分形模型建立 |
| 4.3 网格划分及计算方法 |
| 4.4 计算分析 |
| 4.5 基于矩形粗糙元的空间位置分析 |
| 4.6 基于矩形粗糙元的变截面通道内特性分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 基于粗糙度研究的扰流柱模型通道分析 |
| 5.1 强化传热简介 |
| 5.2 模型建立 |
| 5.3 网格划分及数值计算 |
| 5.4 结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 攻读硕士期间发表的论文目录 |
（5）固体接触界面微通道流体流动特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究目的和意义 |
| 1.2 常规尺度通道内流动特性的研究 |
| 1.3 微通道内液体流动的研究现状 |
| 1.3.1 研究对象的形状及尺寸 |
| 1.3.2 试验中微通道流体流动特性 |
| 1.3.3 仿真模拟微通道流体流动特性 |
| 1.4 微凸体的存在对流体流动的影响 |
| 1.5 本文的研究内容 |
| 2 雷诺方程及其求解方法 |
| 2.1 雷诺方程 |
| 2.2 雷诺方程求解 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 规则微凸体对界面流体流动影响的数值分析 |
| 3.1 二维模型的建立 |
| 3.1.1 二维矩形、梯形、三角形模型建立 |
| 3.1.2 宽高比模型建立 |
| 3.2 数值计算 |
| 3.3 二维规则模型计算结果与讨论 |
| 3.3.1 矩形、梯形、三角形模型速度分布 |
| 3.3.2 矩形、梯形、三角形模型压力分布 |
| 3.3.3 宽高比模型速度分布 |
| 3.3.4 宽高比模型压力分布 |
| 3.3.5 回流现象 |
| 3.3.6 阻力特性 |
| 3.3.7 平板间的泄流量 |
| 3.4 三维模型的分析 |
| 3.4.1 矩形、梯形、三角形模型建立 |
| 3.4.2 网格无关性验证 |
| 3.4.3 求解方法 |
| 3.5 计算结果与讨论 |
| 3.5.1 矩形、梯形、三角形速度分布 |
| 3.5.2 矩形、梯形、三角形压力分布 |
| 3.5.3 回流现象 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 不规则微凸体在平板间的流动机理 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 二维模型变化分析 |
| 4.2.1 二维无规则模型的建立 |
| 4.2.2 数值计算 |
| 4.3 计算结果与分析 |
| 4.3.1 速度分布 |
| 4.3.2 压力分布 |
| 4.4 回流现象 |
| 4.5 二维微凸体密度变化模型分析 |
| 4.5.1 速度分布 |
| 4.5.2 压力分布 |
| 4.6 三维无规则模型分析 |
| 4.6.1 计算模型的建立 |
| 4.6.2 数值计算 |
| 4.7 计算结果与分析 |
| 4.7.1 速度分布 |
| 4.7.2 压力分布 |
| 4.8 本章小结 |
| 5 表面能梯度下的液滴自发运动 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 仿真模型 |
| 5.2.1 矩形微通道仿真模型 |
| 5.2.2 液滴的控制方程及边界条件 |
| 5.3 结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 研究工作总结 |
| 6.2 研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文及所得的研究成果 |
| 致谢 |
（6）粗糙微通道输运特性及其在多孔介质中的应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 研究进展 |
| 1.2.1 微通道内流体流动的影响因素 |
| 1.2.2 粗糙表面的表征 |
| 1.2.3 研究方法 |
| 1.3 本文的研究目的、意义及研究内容 |
| 2 微通道研究理论基础 |
| 2.1 粗糙微通道的表征 |
| 2.1.1 规则粗糙元表征模型 |
| 2.1.2 多孔介质表征模型 |
| 2.1.3 特定函数表征模型 |
| 2.1.4 分形表征模型 |
| 2.2 微通道输运理论 |
| 3 微通道流体运动规律 |
| 3.1 定常粗糙元模型 |
| 3.1.1 数学模型 |
| 3.1.2 结果和讨论 |
| 3.2 分形粗糙元模型 |
| 3.2.1 数学模型 |
| 3.2.2 结果和讨论 |
| 3.3 总结 |
| 4 多孔介质粗糙微通道 |
| 4.1 分形粗糙毛细管束模型 |
| 4.2 基于粗糙微通道的多孔介质模型 |
| 4.2.1 多孔介质规则粗糙通道模型 |
| 4.2.2 多孔介质分形粗糙微通道模型 |
| 4.3 总结 |
| 5 裂缝型多孔介质微通道 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 分形双重多孔介质模型 |
| 5.3 结果和讨论 |
| 5.4 总结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（7）凹穴型复杂微通道换热器结构设计及流动与传热性能研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景、目的和意义 |
| 1.2 微通道换热器结构设计研究进展 |
| 1.2.1 简单微通道结构研究进展 |
| 1.2.2 复杂微通道结构研究进展 |
| 1.3 微通道换热器流体流动与换热特性研究进展 |
| 1.4 微通道传热热力学研究进展 |
| 1.4.1 传热过程中场协同研究进展 |
| 1.4.2 传热热力学研究进展 |
| 1.5 论文研究主要内容 |
| 第二章 基于场协同原理的凹穴型微通道传热理论模型 |
| 2.1 传热热力学分析 |
| 2.1.1 场协同原理 |
| 2.1.2 凹穴型微通道熵产模型研究 |
| 2.1.3 凹穴型微通道热能传输效率模型研究 |
| 2.3 微通道流动与传热性能评价指标 |
| 2.3.1 流动特性评价指标 |
| 2.3.2 传热特性评价指标 |
| 2.4 直微通道与圆形凹穴型微通道数值模型 |
| 2.4.1 微通道物理模型 |
| 2.4.2 微通道仿真基本假设与网格划分 |
| 2.4.3 仿真边界条件 |
| 2.5 直微通道与圆形凹穴微通道模型验证 |
| 2.5.1 网格无关性验证 |
| 2.5.2 数值算法验证 |
| 2.6 直微通道与圆形凹穴微通道仿真结果与分析 |
| 2.6.1 流动性能分析 |
| 2.6.2 传热特性分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 凹穴型复杂微通道结构设计及仿真分析 |
| 3.1 凹穴形状对微通道性能影响分析 |
| 3.1.1 三种凹穴形状微通道物理模型 |
| 3.1.2 凹穴型微通道流动性能分析 |
| 3.1.3 凹穴型微通道传热性能分析 |
| 3.2 圆形形状对微通道性能影响分析 |
| 3.2.1 椭圆形凹穴微通道物理模型 |
| 3.2.2 椭圆形凹穴微通道流动性能分析 |
| 3.2.3 椭圆形凹穴微通道传热性能分析 |
| 3.3 凸肋圆形凹穴微通道性能分析 |
| 3.3.1 凸肋圆形凹穴微通道物理模型 |
| 3.3.2 凸肋圆形凹穴微通道流动性能分析 |
| 3.3.3 凸肋圆形凹穴微通道传热性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 凹穴型复杂微通道换热器仿真分析 |
| 4.1 凹穴型复杂微通道换热器结构设计 |
| 4.2 微通道换热器数值模型 |
| 4.2.1 微通道换热器三维模型 |
| 4.2.2 模型网格划分及控制方程 |
| 4.2.3 仿真边界条件 |
| 4.3 直微通道与凹穴型微通道换热器仿真结果与分析 |
| 4.3.1 流动性能仿真分析 |
| 4.3.2 换热性能仿真分析 |
| 4.4 凹穴参数对微通道换热器性能影响分析 |
| 4.4.1 三种凹穴形状对微通道流动与换热性能影响规律 |
| 4.4.2 圆形形状对换热器流动与换热性能影响规律 |
| 4.4.3 凸肋排布方式对换热器流动与换热性能影响规律 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 凹穴型复杂微通道换热器性能实验研究 |
| 5.1 凹穴型复杂微通道板制造 |
| 5.2 微通道换热器流动与传热性能测试方案设计 |
| 5.2.1 测试平台搭建 |
| 5.2.2 实验测试方案设计 |
| 5.3 直微通道与凹穴型微通道换热器实验结果与分析 |
| 5.3.1 流动性能实验研究 |
| 5.3.2 换热特性实验研究 |
| 5.4 凹穴参数对微通道换热器性能影响分析 |
| 5.4.1 三种凹穴形状对换热器流动与换热性能影响规律 |
| 5.4.2 圆形形状对换热器流动与换热性能的影响规律 |
| 5.4.3 凸肋排布方式对换热器流动与换热性能的影响规律 |
| 5.5 仿真与实验结果对比分析 |
| 5.5.1 三种凹穴形状对换热器的流动与换热性能的影响规律 |
| 5.5.2 圆形形状对换热器流动与换热性能的影响规律 |
| 5.5.3 凸肋排布方式对换热器流动与换热性能的影响规律 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（8）微小尺度下气体流动与换热的格子Boltzmann模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 不同尺度下流体系统的描述 |
| 1.4 流体运动的数值方法 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 2 格子Boltzmann方法的理论及边界处理 |
| 2.1 格子Boltzmann方法的发展历程 |
| 2.1.1 格子气动机 |
| 2.1.2 从格子气动机到格子Boltzmann方程 |
| 2.1.3 LBGK模型 |
| 2.2 边界条件 |
| 2.2.1 周期性边界条件 |
| 2.2.2 反弹边界条件 |
| 2.2.3 充分发展边界条件 |
| 2.2.4 非平衡外推边界条件 |
| 2.2.5 非平衡反弹边界条件 |
| 2.2.6 曲边边界条件 |
| 2.3 模拟的步骤 |
| 2.4 单位的转化 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 气体外掠管束的流动与换热模拟 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 气体外掠单管的流动与换热模拟 |
| 3.2.1 无量纲松弛时间的求解 |
| 3.2.2 结果分析与讨论 |
| 3.3 气体外掠管束的流动与换热模拟 |
| 3.3.1 顺排管束的流动与换热模拟 |
| 3.3.2 叉排管束的流动与换热模拟 |
| 3.4 结论 |
| 4 微通道滑移区气体的流动与换热模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微尺度的格子Boltzmann模拟 |
| 4.2.1 基本格子Boltzmann模型 |
| 4.2.2 松弛时间τ与 Kn数之间的关系式 |
| 4.3 热格子Boltzmann方法边界处理 |
| 4.3.1 速度滑移边界 |
| 4.3.2 温度跳跃边界 |
| 4.4 模型验证 |
| 4.5 结果分析与讨论 |
| 4.5.1 光滑微通道的分析 |
| 4.5.2 粗糙微通道的分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（9）金属O形环密封性能分形分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 金属O形环密封机理 |
| 1.2.1 金属O形环结构型式 |
| 1.2.2 金属O形环环槽型式 |
| 1.2.3 金属O形环密封过程 |
| 1.2.4 泄漏的主要影响因素 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 金属O形环密封性能研究 |
| 1.3.2 静密封泄漏模型研究 |
| 1.3.3 粗糙表面接触模型研究 |
| 1.4 本文研究目的及内容 |
| 1.4.1 研究目的 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第2章 泄漏模型分析 |
| 2.1 流体在密封间隙中的流动状态 |
| 2.1.1 分子流 |
| 2.1.2 粘性流 |
| 2.2 泄漏通道典型结构型式 |
| 2.2.1 水平圆管 |
| 2.2.2 平行平板 |
| 2.2.3 平行圆板 |
| 2.2.4 三角沟槽 |
| 2.2.5 多孔介质 |
| 2.3 典型密封元件的泄漏模型 |
| 2.3.1 真空环境橡胶O形圈泄漏模型 |
| 2.3.2 非金属平垫片泄漏模型 |
| 2.3.3 金属平垫片泄漏模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 密封面接触模型分形分析 |
| 3.1 分形理论 |
| 3.1.1 分形基本概念 |
| 3.1.2 分维与其计算 |
| 3.2 粗糙表面接触分形模型 |
| 3.2.1 赫兹弹性接触 |
| 3.2.2 微凸体变形机制 |
| 3.2.3 各物理量的分形表征 |
| 3.2.4 微凸体接触截面积的大小分布 |
| 3.2.5 真实接触面积与载荷的关系 |
| 3.3 接触应力和接触宽度分析 |
| 3.3.1 接触宽度模型 |
| 3.3.2 平均接触应力模型 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 金属O形环泄漏率计算 |
| 4.1 有限元分析 |
| 4.1.1 材料模型 |
| 4.1.2 有限元模型 |
| 4.1.3 载荷和边界条件 |
| 4.2 接触宽度分析 |
| 4.3 平均接触应力 |
| 4.4 泄漏率计算 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 金属O形环泄漏影响因素分析 |
| 5.1 参数对泄漏率的影响 |
| 5.1.1 分形维数D |
| 5.1.2 尺度系数C |
| 5.1.3 修正参数C_1 |
| 5.1.4 修正参数C_2 |
| 5.2 参数调整验证 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 压力壳金属O形环密封性能分析 |
| 6.1 压力壳金属O形环密封结构 |
| 6.1.1 压力壳设计参数 |
| 6.1.2 压力壳密封结构 |
| 6.2 有限元分析 |
| 6.2.1 材料模型 |
| 6.2.2 有限元模型 |
| 6.2.3 载荷和边界条件 |
| 6.3 数据分析 |
| 6.3.1 平均接触应力 |
| 6.3.2 接触宽度 |
| 6.4 泄漏率计算 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读士学位期间发表的论文及科研成果 |
（10）微流控芯片液液萃取的技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的来源、背景及意义 |
| 1.1.1 课题的来源 |
| 1.1.2 课题的背景及意义 |
| 1.2 国内外的研究现状 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 1.4 本文的创新点 |
| 第二章 微流控液液萃取技术 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 多相流液液萃取技术 |
| 2.3 无膜液液层流微萃取技术 |
| 2.3.1 左右平行层流萃取技术 |
| 2.3.2 上下平行层流萃取技术 |
| 2.3.3 同轴平行层流萃取技术 |
| 2.4 液滴微萃取技术 |
| 2.5 其他方式萃取技术 |
| 2.5.1 电化学萃取技术 |
| 2.5.2 纸芯片萃取技术 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 微通道内多相层流传质机理 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 低雷诺数液液层流微萃取的工作原理 |
| 3.3 无膜液液微萃取的传质扩散模型 |
| 3.3.1 传质模型及扩散机理 |
| 3.3.2 数值计算及分析 |
| 3.3.3 结果及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 内壁面粗糙度对流体连续自搬运的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 内壁粗糙度对流动特性的影响 |
| 4.2.1 齿数对流动特性的影响 |
| 4.2.2 齿高对流动特性的影响 |
| 4.2.3 齿倾角对流动特性的影响 |
| 4.3 内壁粗糙度对自搬运效率的影响 |
| 4.3.1 齿数对自搬运效率的影响 |
| 4.3.2 齿高对自搬运效率的影响 |
| 4.3.3 齿倾角对自搬运效率的影响 |
| 4.4 实验装置及方法 |
| 4.4.1 实验设备及装置 |
| 4.4.2 实验试剂及方法 |
| 4.4.3 材料选择及加工工艺 |
| 4.5 实验结果及分析 |
| 4.6 本章总结 |
| 第五章 通道内辅助结构对液液萃取的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 辅助结构对微尺度流动传质的影响 |
| 5.3 实验装置及方法 |
| 5.3.1 实验设备及实验试剂 |
| 5.3.2 实验过程及注意事项 |
| 5.3.3 分析方法及参数计算 |
| 5.4 结果及分析 |
| 5.4.1 不同辅助结构对萃取效率的影响 |
| 5.4.2 接触时间对萃取效率的影响 |
| 5.4.3 接触界面对萃取效率的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士期间发表成果 |
| 附录2 攻读硕士期间参与的科研项目 |
四、粗糙表面对微尺度流动影响的数值分析（论文参考文献）
- [1]微尺度下板料的韧性断裂与成形极限预测及数值模拟[D]. 肖志菲. 山东大学, 2021(12)
- [2]微观尺度下磨粒流加工钛合金的力学行为和特性数值研究[D]. 解鸿偲. 长春理工大学, 2021
- [3]微流道斯托克斯流摄动-数值分析及粗糙度检测模型与方法的构建[D]. 宋孟天. 广西大学, 2020(07)
- [4]微通道结构对流动换热特性影响分析[D]. 任泽斌. 昆明理工大学, 2020(04)
- [5]固体接触界面微通道流体流动特性研究[D]. 张晓宇. 中北大学, 2020(09)
- [6]粗糙微通道输运特性及其在多孔介质中的应用[D]. 柳海成. 中国计量大学, 2019(02)
- [7]凹穴型复杂微通道换热器结构设计及流动与传热性能研究[D]. 侯亭波. 合肥工业大学, 2019(01)
- [8]微小尺度下气体流动与换热的格子Boltzmann模拟[D]. 周畅. 大连理工大学, 2019(02)
- [9]金属O形环密封性能分形分析[D]. 吴国凤. 西南石油大学, 2019(06)
- [10]微流控芯片液液萃取的技术研究[D]. 陈娅君. 昆明理工大学, 2019(04)