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当流动通道特征尺度达到微米量级时,一些常规尺度流动中允许被忽略的因素可能在流动中占主导地位,从而产生各种奇异的微尺度流动现象。本文对微通道(当量直径小于0.6mm)内流动与换热问题进行了研究,同时对微通道内流动稳定性进行了分析。通过试验和数值模拟对比研究了微通道内的流动特性,对微通道内传热热阻进行了分析。本文对不同通道高宽比对微通道层流流动的影响进行了研究,研究结果表明:在较小雷诺数下,高宽比对流动的影响基本符合常规尺度下利用传统理论得到的结果。基于高斯分布,构造了微通道粗糙表面,分析了粗糙表面波峰高度H,粗糙点间距Sx,标准差对Po数的影响。研究表明:当相对粗糙度较小(H/D<3%),Po数可以通过理论值进行预测,而随着相对粗糙度增大,在高雷诺数下流动产生的回流和分离导致Po数增大,H/D=6%时与理论值误差达到10.9%。考虑速度滑移和粘性修正,对微通道流动稳定性进行了研究。用修正粘性系数代替液体粘性,壁面处采用速度滑移边界条件。研究发现:采用修正粘性边界条件使得流速曲线内凹,微流动更容易失稳,得到的临界雷诺数减小;采用速度滑移边界条件使得流速曲线外扩,微流动更加稳定,临界雷诺数增大;当粘性修正系数k和较大时,速度滑移的影响被大大消弱。试验和数值模拟了层板厚度为0.2-0.8mm的微小通道内流动特性,雷诺数为100-3000。试验结果表明:层流流动的流动特性与常规尺度流动特性相符,可以忽略微小尺度效应对其的影响;当量直径越小的通道由层流向湍流转变的临界雷诺数越小,当量直径较小的通道临界雷诺数只有1300左右。粗糙度是造成临界雷诺数减小的主要因素;湍流区微通道摩阻系数普遍高于模拟值。最后利用热阻网格法对微通道流动换热进行了热阻分析,与CFD模拟结果进行了对比。在恒定流量条件下,对单槽道换热器不同结构参数进行了热阻分析,得到了微通道宽度等参数对热阻的影响。恒定压力和恒定流量条件下,对多槽道换热器进行了优化分析,得到了最佳换热结构参数。