微通道內單柱繞流特性的Micro-PIV實驗研究

李濟超，季璨，呂明明，王靜，劉志剛，李慧君

（1 齊魯工業大學（山東省科學院），山東省科學院能源研究所，山東濟南250014；2 華北電力大學能源動力與機械工程學院，河北保定071003）

引 言

近三十年來，電子產品朝著高功率、微型化、集成化趨勢發展，從而對其內部散熱提出了更高的要求。隨著MEMS(microelectromechanical system)技術的飛速發展，微通道內流動換熱成為研究熱點[1-5]。眾所周知，微通道換熱器面體比較大，具有較高的對流傳熱系數，可以滿足更高的散熱熱導率需求[6]。在微通道內加工肋片，不僅可以增加換熱面積，而且可以增強流體的混合，可顯著提高換熱效果[7-8]。研究表明，在微通道內增加微肋可以使得單相傳熱系數與沸騰時相當[9]。因此，研究微通道內微肋柱體的繞流特性對于微小空間高效換熱具有十分重要的意義。

作為經典的力學問題，圓柱繞流問題一直都是研究的熱點。圓柱繞流尾流區的流動特性主要取決于Re 和長徑 比[10]。Yang 等[11]和Henderson[12]關于無限長圓柱繞流的研究表明，當ReD≈45 時，尾流區從準穩態向非穩態過渡，此時出現漩渦脫落現象。Panton[13]研究了無限長圓柱尾流區的流型后得出，當Re 較低時回流區隨Re 的增加而增長，60～100 ＜ReD＜200 范圍內出現漩渦脫落，且回流區長度隨Re增加而減短，200 ＜ReD＜400 時尾流區變為湍流，此時漩渦不穩定。Fornberg[14]數值模擬了二維圓柱繞流，結果表明，當Re 增加到某一臨界值之前回流區長度隨Re的增加而增加，之后回流區長度減小且寬度增加。Green 等[15]運用實驗與模擬相結合的方法研究了低Re下圓柱尾流區的漩渦形成與脫落機制，發現黏性剪切力在尾流區過渡到不穩定狀態的過程中起著至關重要的作用。……