寬高比對(duì)微小通道空氣流動(dòng)換熱特性影響實(shí)驗(yàn)

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1、2015年7月第4l卷第7期北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)JournalofBeringUniversityofAeronauticsandAstronauticsJuly2015V01．4lNo．7http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0524寬高比對(duì)微小通道空氣流動(dòng)換熱特性影響實(shí)驗(yàn)劉陽鵬，徐國強(qiáng)，李海旺+，田一土(北京航空航天大學(xué)航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)熱力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100191)摘要：針對(duì)不同寬高比微小矩形通道內(nèi)流動(dòng)和換熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)

2、研究．微小矩形通道寬0．4mm，寬高比分別為2／5、1／2、2／3和1．實(shí)驗(yàn)以空氣作為工質(zhì)．流動(dòng)雷諾數(shù)尺e范圍是200～1600．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：寬高比對(duì)微小矩形通道流動(dòng)換熱特性的影響不可忽略．微小矩形通道摩擦因子隨著Re增大而減小，泊肅葉數(shù)Po隨著＆增大而增大，二者隨著寬高比增大同時(shí)減?。慌麪枖?shù)Nu隨著Re增大而增大，隨著寬高比增大而減?。槍?duì)寬高比對(duì)微小矩形通道流動(dòng)換熱特性的影響擬合了相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式．關(guān)鍵詞：微小通道；寬高比；流動(dòng)；換熱；經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式中圖分類號(hào)：V231．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001—5965(2015)07-

3、1253-06為了進(jìn)一步提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能，渦輪進(jìn)口前溫度越來越高．這就導(dǎo)致了渦輪高溫部件，如渦輪葉片，將承受較大的熱應(yīng)力和熱載荷，這將嚴(yán)重降低渦輪部件的可靠性和使用壽命．如今，根據(jù)美國IHPTET(IntegratedHighPerformanceTur．bineEngineTechnology)計(jì)劃可知，渦輪進(jìn)口溫度可高達(dá)1950K，而葉片材料熔點(diǎn)約l150K左右?．這意味著必須采取有效的冷卻措施對(duì)渦輪葉片進(jìn)行冷卻．到目前為止，主要的冷卻措施有內(nèi)部通道冷卻、氣膜冷卻及沖擊冷卻等舊-．隨著渦輪前溫度的進(jìn)一步提高，探索有效的冷卻方

4、式，已成為現(xiàn)代高性能渦輪葉片設(shè)計(jì)技術(shù)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域．微小通道內(nèi)的流動(dòng)換熱在微機(jī)電技術(shù)和微電子工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用背景，是當(dāng)前傳熱學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)之一¨?．其以縮小通道尺寸來增加換熱面積的方法可以有效增加葉片的冷卻效果，但是受加工工藝和渦輪葉片整體尺寸的限制，其尺寸多在0．I一1mm量級(jí)，典型結(jié)構(gòu)為微小通道氣膜新型復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)"j．目前很多學(xué)者開展了關(guān)于通道截面形狀對(duì)于微尺度通道流動(dòng)和換熱特性影響的研究．wu和Little等¨。。對(duì)不同寬度和深度的梯形和矩形微通道內(nèi)的氣體流動(dòng)換熱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究．研究發(fā)現(xiàn)層流阻力系數(shù)較傳統(tǒng)理論預(yù)測(cè)

5、偏高，并且從層流到湍流的轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)提前，同時(shí)微通道尺寸和壁面情況對(duì)阻力系數(shù)和轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)影響很大，熱源布置對(duì)湍流換熱影響不大，但對(duì)層流換熱有影響；傳熱強(qiáng)化的同時(shí)，流動(dòng)阻力也在增大．Pfahel等舊。測(cè)量了液體流經(jīng)由硅刻蝕出來的不同深度微小通道時(shí)的摩擦阻力系數(shù)，發(fā)現(xiàn)流體的流動(dòng)阻力明顯比由傳統(tǒng)的不可壓縮理論預(yù)測(cè)的值?。瓹hoi等一J在實(shí)驗(yàn)中對(duì)這一結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證，他們測(cè)量了氮?dú)庠谖⑿筒鄣览锪鲃?dòng)的摩擦阻力系數(shù)和對(duì)流換熱系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在直徑小于0．1mm的管內(nèi)氮?dú)饬鞯牟疵C葉數(shù)比傳統(tǒng)理論的預(yù)測(cè)值要小約17％；槽道中所測(cè)得的湍流對(duì)流換熱的努塞爾數(shù)是傳統(tǒng)宏

6、觀理收稿13期：2014-08．25；錄用日期：2014．10—27；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-01．1617：23網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20150116．1723．002．html基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(YwF．14一DLXY-021)作者簡介：劉陽鵬(1987一)，男，山西長治人。博士研究生，282927365@qq．com}通訊作者：李海旺(1982一)，男，河北唐山人，副教授，09620@buaa．edu．en，主要研究方向?yàn)楦邷匦D(zhuǎn)部件的流動(dòng)與換熱

7、．引用格式：劉陽鹛，徐目疆，李海旺，等．寬高比對(duì)微小通道空氣流動(dòng)換熟特性影響實(shí)驗(yàn)fJJ．北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，4If7)：1253-1258．IJuYP。XuGQ。lJHW，eta1．Experimentofairflowbehaviorandheattransfercharacteristicsinmieroehannelswithdifferentaspectratios[JJ．20urna／ofBeifingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(7)：1253．1

8、258(inChinese)．1254北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)2015年論預(yù)測(cè)值的7倍左右．Park等¨叫系統(tǒng)研究了各種微槽結(jié)構(gòu)對(duì)傳熱的影響，并給出了在5個(gè)含有湍流激發(fā)裝置的短矩形槽內(nèi)測(cè)得的流動(dòng)和換熱數(shù)據(jù)．結(jié)果表明寬高比越大