【正文】 cdc 移相相比得： 401101 )(22s ins in s in ddll l ?? ?? ? 整理下可得： 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 17 osc os22c os c os 312 ????? ???? ? 當 ? ?? 時，上式成立，即 ??? 時。 時，計算得： mmLmmL , 10 ?? ， 10 ?LL 。 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 19 （ 3） 在分支處建立又一新的坐標系，見一個立方體，并用立方體分割兩支管的結合體，并刪除多余部分。 運用 FLUENT 軟件進行計算 （ 1） 導入“ .msh”文件。 FLUENT 的計算結果 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 20 圖 網格劃分 圖 壓力分布 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 21 圖 中心線壓力分布 圖 管道內的速度分布 由 FLUENT 計算得到的結果： （ 1） 35?? 176。 由上面可以看出進出口的壓力有點偏差，不相等。 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 23 經比較發(fā)現(xiàn)，層流狀態(tài)下的壓力差隨角度變化很小 。同時由于管徑相差太大，也會導致局部損失的增大，也增加了泵功消耗，不利于節(jié)能。 2 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 24 （ 1）分岔角為 176。 2 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 26 生局部損失。時。 ?? 176。 附近時，壓力降存在著最低值，即泵功消耗最小， 最節(jié)省能源。為例，其壓力分布圖如： 圖 速度矢量圖： 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 28 圖 由速度矢量圖可以看到在分岔角附近會有漩渦現(xiàn)象，出現(xiàn)的漩渦可以提高 Y 型管的冷卻效率。 時， FLUENT 計算結果： 壓力降： PaP ?? 。 而 FLUENT 軟件則考慮了局部損失，使優(yōu)化結果更加接近真實。符合真實的 T 型管中的壓力分布。模型如下： 圖 T 型管路模型 對于分形樹狀管路，在幾何要素（管長比和管徑比）上滿足下列特性： ???1iiLL （ 31） ???1iiDD （ 32） 而且樹狀管路的分岔數(shù) N 與分形維數(shù) LD 和 dD 的關系是 : dDN ??? dDN ??? （ 33） 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 35 N 是指單管分岔以后出現(xiàn)的管路數(shù) ，對于上圖， N=2 。 對分形結構熱沉，總換熱面積為： ?? ?? mi iiiF ldA 1 22 ? 代入式（ 34）與式（ 35）可得： 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 38 ????? 21 )2(12 00 ??? mF ldA （ 312） 在換熱面積相同的前提下，因此對式（ 311）換熱面積 AP, 須滿足： FP AA ? 因此 ，式 (311)變?yōu)椋? TdlhQ mP ?????? ????? 21 )2(12 000 （ 313） 比較式（ 311）與式（ 313）可得： ???????? 21 21)2(1 )2(1 ?????? mmPF （ 314） 由前面已算得 : ?? ?? 如果 QF/QP1 時，說明分形通道熱沉比平行通道熱沉好，具有更高的換熱率；反之，平行通道熱沉比分形通道熱沉好。據(jù) Ghodoossi的研究結果表明，當 ?? 時，平行微通道的傳熱性能比分形樹狀微通道的性能更好；而當 ?? 時，分形樹狀微通道則會具有更高的傳熱性能。 （ 2） 1?? 時， 分形樹狀微通道與平行微通道壓力降的比值為： 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 46 11152152)(1)(1???????????????????????mmmmPFPP 當 m取 5 時， ?PFPP ,當 m取 6 時， ?PFPP 。 （ 4） 2?? 時， 整理得： 11 ?????? mmPFPP 當 m=5 時， ?PFPP ，當 m=6 時， ?PFPP 。 在平行微通道內，各個單通道的壓力降為： 22200001, VDLfPP ??? （ 339） 這里平行微通道管路的每根管長等于 02L 。 、 微通道內的流動為層流 定管內流動是層流流動，采用 式 （ 315） 估算： 1111)()ReRe(??????????iiiiiiiiDVDVNuNu （ 318） 由質量流量關系： 121 ?? ii mm ?? (319) 而且： 2111244??? ??iiiiiiDVmDVm?????? 可得： 2211 2 1)(21 ??? ?? iii i DDVV （ 320） 代入式（ 318）中： )1()21()21()(2111????????????????iiiiiiDVDVNuNu 代回式（ 314）中： 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 40 )(1)(12121)2(1)2(1???????????????mmmmPF???????? 取分形微通道熱沉為 5 級，即 m=5： )(1)(155???????????????PF 、 微通道內的流動為湍流（ 20200Re2020 ?? ） 定管內的 流動為湍流流動，采用式（ 316）估算： 1111)()ReRe(??????????iiiiiiiiDVDVNuNu （ 321） 由質量流量的關系： 121 ?? ii mm ?? （ 322） 而且： 2111244??? ??iiiiiiDVmDVm?????? 可得： 2211 2 1)(21 ??? ?? iii i DDVV （ 323） 代入式（ 321）中： ) 1()2 1()2 1(21???????????iiNuNu 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 41 代回（ 314）式中： )(1)(12121)2(1)2(1????????????????mmmmPF???????? 取分形微通道熱沉為 5 級，即 m=5： 1 0 2 )(1)(155???????????????PF . 微通道內的流動為湍流（ 20200Re6000 ?? ） 定管內的流動為湍流流動，根據(jù) Yu(1995)推薦了下列關系 ，采用式（ 317）估算： 1111)()ReRe(??????????iiiiiiiiDVDVNuNu （ 324） 由質量流量關系： 121 ?? ii mm ?? （ 325） 而且： 2111244??? ??iiiiiiDVmDVm?????? 可得： 2211 2 1)(21 ??? ?? iii i DDVV （ 326） 代入式（ 324）中： 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 42 5 6 ) 1()2 1()2 1(21???????????iiNuNu 代回式（ 314）中： )(1)(12121)2(1)2(1????????????????mmmmPF???????? 取分形微通道熱沉為 5級，即 m=5： 1 9 )(1)(155???????????????PF 對上述的結果進行比較，可知：當傳熱面積相同的情況下，隨著 ? 值的增大，PF 的比值也會隨之增大。 而對于平行微通道，總換熱率為： TAhQ PP ???? 0 （ 311） 圖 平行微通道 下面對平行微通道熱沉和分形微通道熱沉的性能進行比較。初始的流入口和出口在相反的 方向上，以保持冷卻液在層板中循環(huán)流動，確保冷卻統(tǒng)一冷卻。 40 2 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 30 （ a） 三級速度 分布 （ b） 四級速度 分布 （ c） 三級壓力分布 （ d） 四級壓力分布 （ e） 三級中心線壓力分布 （ f） 四級中心線壓力分布 圖 （ a） —（ f） 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 31 、 FLUENT 建模分析四級 T 型樹狀管路內的流動特性 速度分布： 圖 由圖可見，在每一級的分岔的地方，速度變化較急，速度由中心線向兩邊逐漸減小。 綜上，可以得出，在一定的約束條件下，為了得到最小的泵功消耗，真實的 Y型管路內管徑比 10 DD 小于拉格朗日優(yōu)化法下的值，而分岔角 ? 也將小于拉格朗日優(yōu)化法下的值。 時， FLUENT 計算結果： 壓力降： PaP ?? 。、 30176。 2 176。 37?? 176。37176。 2 176。 2 40176。這里的泵功消耗最低即：進出口壓力降 P? 最低。時， paP 5 5 5 6 6 1 1 ?? ； 45176。 （ 4） 45?? 176。 （ 7） 求解，迭代，直至收斂為止。 （ 8） 定義邊界條件。但是此方法建模也非常復雜，取點的量很大，也不利于快速建模，且網格劃分也存在著不對稱。 時，計算可得： mmLmmL , 10 ?? ， 10 ?LL 。 、 二級 Y型管路的幾何要素優(yōu)化 在本章節(jié)中，本人首先通過拉格朗日乘子法和水頭的經驗公式，分析了在總管腔體積和總占地面積一定條件下的層流和湍流光滑區(qū)的最佳參數(shù)值。 39。后來進過本人的不斷的對網格劃分的密度的提高，發(fā)現(xiàn)其值不斷向理論值靠近，但是仍然存在著很大差值。 當管路處于水平 與管徑不變 時， 上式 可以簡化為： fhgpgp ?? ?? 21 （ 25） 管子兩端的壓力差： fghppp ????? 21 （ 26） 粘性流體在通道中流動時的能量損失有兩大類： （ 1）沿程能量損失 —— 發(fā)生在緩變流整個流程中的能量損失， 它 是由流體的粘 性 造成的損失。為了求出控制體積的積分，必須假定計算值