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《粗糙微通道流體流動特性的分形分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號學(xué)號學(xué)校代碼密級身肀科技大穿博士學(xué)位論文粗糙微通道流體流動特性的分形分析學(xué)位申請人：楊珊珊學(xué)科專業(yè)：凝聚態(tài)物理指導(dǎo)教師：郁伯銘教授傅華華副教授答辯日期：年月日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinScienceAFractalAnalysisofFlowPropertiesinRoughenedMicrochannlesPh.D.Candidate:ShanshanYangMajor:Condensed
2、MatterPhysicsSupervisor:Prof.BomingYuAssociateProf.HuahuaFuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay，獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到，本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽
3、名：日期：年月円學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。本論文屬于不保密口。請在以上方框內(nèi)打“”）學(xué)位論文作者簽名指導(dǎo)教師鮮曰期：月貨日曰期：月返曰‘‘f中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要隨著現(xiàn)代科技和微電子器件以及微加工技術(shù)的發(fā)展，流體通過微通道時的輸運特性在科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域
4、受到越來越多的關(guān)注，如材料科學(xué)與工程、油氣藏工程、生物醫(yī)學(xué)工程、生物傳輸現(xiàn)象、燃料電池、環(huán)境與工程等。在自然界中，光滑的表面是幾乎不存在的，或者說非常罕見的。通過顯微鏡觀測，大部分表面（如工程表面）都是粗糙的。而現(xiàn)實中毛細管、孔的表面或者微通道都是粗糙的。因此選用合適的理論和方法來描述和研究多孔介質(zhì)中毛細管的粗糙壁面或者粗糙微通道的壁面的輪廓是一項既有科學(xué)意義，又有實際應(yīng)用價值的研究。已有調(diào)查證實多孔介質(zhì)具有自相似的分形特性。因此，運用分形幾何理論來描述和研究多孔介質(zhì)及其固體壁面的微結(jié)構(gòu)特征及其對流動特性的影響已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理、復(fù)雜性科學(xué)、地球物理學(xué)以
5、及工程熱物理等交叉學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點之一。目前，流體通過表面粗糙的微通道時流動特性的探討和研究，大部分均釆用數(shù)值方法或?qū)嶒灧椒ǖ取５沁@些方法都不能得到流體流動特性，如速度分布、壓降等的解析表達式，或者表達式中包含有經(jīng)驗常數(shù)等。而本文采用分形幾何理論和方法來描述粗糙微通道的表面結(jié)構(gòu)特性，得到的速度分布、壓降等不含有任何經(jīng)驗常數(shù)的解析表達式。本文第一部分介紹了粗糙表面的分形理論，而后引入了光滑類分形樹狀分叉網(wǎng)絡(luò)模型和光滑的毛細管束模型，對流體通過多孔介質(zhì)的滲透率作出簡要概述，最后介紹了流體流動的連續(xù)介質(zhì)模型和哈根泊肅葉定律的推導(dǎo)。針對目前流體通過粗糙微通道
6、中流動特征沒有解析表達式的研究現(xiàn)狀，結(jié)合流體通過微通道中數(shù)值模擬和實驗研究的現(xiàn)有結(jié)果，以及工程表面粗糙元或者接觸點滿足分形標(biāo)度律的關(guān)系，在本文第二章中，我們將壁面粗糙元簡化為圓錐體，運用分形幾何理論來表征粗糙元高度（或者底面直徑）的分布規(guī)律，并探討了流體通過表面粗糙的微通道中的一些流動特性。給出了微通道中相對粗糙度與表面結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系式，然后推導(dǎo)了流體通過該微通道時的速度分布、流動阻力、摩擦因子華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文以及泊肅葉數(shù)與壁面粗糙度的函數(shù)關(guān)系表達式。本文得到的表達式?jīng)]有任何經(jīng)驗常數(shù)，且每個參數(shù)都有具體的物理含義。因為多孔介質(zhì)的孔隙通常會相互
7、連接，形成彎彎曲曲的毛細管或者出現(xiàn)互相連接或互相作用而形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，對此，本文第三章建立了粗糙的毛細管束模型和粗糙的類分形樹狀分叉網(wǎng)絡(luò)模型，研究了流體流過粗糙毛細管和樹狀分叉網(wǎng)絡(luò)時的流動阻力和滲透率的變化規(guī)律，而且得到了相對粗糙度與壓降、滲透率的分形模型，探討了相對粗糙度對流體通過粗糙微通道時流動特性如阻力、滲透率等的影響。流體流經(jīng)粗糙的固體壁面時，對其傳熱系數(shù)的研究均是基于數(shù)值模擬或者實驗，沒有解析解的報道。因此，本文第四章以第二章所提出的粗糙表面模型為基礎(chǔ)，探討了當(dāng)流體在粗糙表面發(fā)生對流換熱時，對流換熱系數(shù)、對流換熱所傳遞的總熱量以及無量綱的等效熱
8、導(dǎo)率與粗糙表面的結(jié)構(gòu)參數(shù)和相對粗糙度之間的關(guān)系，并討論和分析了相對粗糙度對對流換
