微小通道内低雷诺数流动的实验研究

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微小通道内低雷诺数流动特性研究是微型涡轮发动机基础技术研究的重要组成部分。本文针对微型涡轮发动机流动问题研究的需要,发展了壁面微静压孔和微型单管总压探针测量技术。采用在沿程测量气流静压分布、在出口测量速度分布的方法,对高度0.5mm和1.0mm的13个微小直矩形通道的500多个状态流场进行了测量,研究了特征尺度、表面粗糙度、横截面宽高比等因素对微小等直通道流动阻力特性的影响。 实验表明通道高度尺度在1.0mm时,小雷诺数流动的沿程压力分布及层流摩阻特性与理论值很吻合,速度分布也符合常规尺度流动的规律。而当特征尺度减小到0.5mm时,流动呈现比较明显的微尺度效应。层流区摩擦系数约减小为常规理论值的3/4,沿程压力分布呈现非线性。在雷诺数较大时,可压缩性效应明显。 横截面宽高比(高度1.0mm)不同,微小通道在层流区的流动特性也有所不同,微小通道流动特性取决于通道特征尺度(如:当量直径)的大小,摩擦系数随尺度减小而减小。表面粗糙度对层流区阻力特性影响明显,层流区摩擦系数低于理论值,且其偏差随雷诺数逐渐增大。流动在雷诺数(通道高度雷诺数)为1200~1400时发生转捩,且摩阻越小的通道发生转捩的雷诺数越大。
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