第3期 林林等：粗糙微通道内稀薄气体流动与换热的蒙特卡洛直接模拟 ,387. 0.05 110 100f 一压力 …辅助助线 2 2.2 2.3 90 00 80 2.1 2.2 2.3 704 XAIm 60 0.05 05 1.0 152.02.5 3.0 um 2.1 2.2 23 图8工况1通道内压力分布图 XAuim @ Fig8 Pressure distrbution along the cen terline ofm icro channels in Case l 图6工况2(a),工况4(b)和工况6(c)微通道局部气体速度 矢量图 所致；在出口处温度的下降是由于出口的压力梯度 Fig 6 Local velocity distribution of gas n m icm channels of Cases 2 变大，压力急剧降低所致，随着粗糙元的变大和增 (a),4(b)and6(c) 多，通道内的气体的温度进一步升高，分析其原因， 在粗糙元附近压力的跳跃比较明显，分析其原因， 是因为粗糙元变大和增多以后，气体的壁面滑移速 主要因为气体在粗糙元的迎风面遇到障碍物”，发 度减小，气体在通道内停留时间增长，气体被加热到 生了一定的滞止，引起了压力的升高；而在粗糙元的 了更高的温度 背风面，产生了相应的空隙，由此造成了背风面压力 a■ K 300305310315320325330335340345350 的减小 120 2 110 XAim 100 ■ 国K 300305310315320325330335340345350 0 80 X小m 60 一工况1 (■ K 一工况2 0.5 300305310315320325330335340345350 50 05 1.0 15 2.0 2.5 3.0 X/um XAim 图7工况12通道内粗糙元附近的压力分布图 d 300305310315320325330335340345350 Fig 7 Pressure distrbution near mugh elments abng the flow diree- tion in Case 1 and 2 2 图8给出的是工况1通道内的压力分布图.通 X/um 过图中可以看出，微通道内的压力呈非线性分布，在 图9工况1(a)、工况2(b)、工况4(c)和工况7(d)中微通道 出口处的压力梯度明显高于通道的其他部位，这一 内温度图 结论已经被前人采用实验和数值模拟的方法 Fig9 Temperature contours ofm icmo-flows n Cases 1 (a).2 (b). 4 (c)and 7 (d) 分别得以证实 4.2传热特性 图10所示为各工况中通道中心线处的温度分 4.2.1温度跳跃 布、由图中可以看出，通道中心线处的温度亦是先 图9所示的为工况12、4和7微通道内气体的 升高后降低。沿着气体流动的方向，温度梯度在入 温度图.从图中可以看出，气体的温度都呈先升高 口段较大，这是由于此时气体与壁面温差较大，气体 后降低的趋势，先升高是由于气体被壁面剧烈加热 与壁面换热剧烈；在通道中间段由于气体与壁面温第 3期 林 林等： 粗糙微通道内稀薄气体流动与换热的蒙特卡洛直接模拟 图 6 工况 2（ａ）、工况 4（ｂ）和工况 6（ｃ）微通道局部气体速度 矢量图 Ｆｉｇ．6 Ｌｏｃａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｇａｓｉｎｍｉｃｒｏ-ｃｈａｎｎｅｌｓｏｆＣａｓｅｓ2 （ａ）‚4（ｂ） ａｎｄ6（ｃ） 在粗糙元附近压力的跳跃比较明显．分析其原因‚ 主要因为气体在粗糙元的迎风面遇到 “障碍物 ”‚发 生了一定的滞止‚引起了压力的升高；而在粗糙元的 背风面‚产生了相应的空隙‚由此造成了背风面压力 的减小． 图 7 工况 1、2通道内粗糙元附近的压力分布图 Ｆｉｇ．7 Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅａｒｒｏｕｇｈｅｌｅｍｅｎｔｓａｌｏｎｇｔｈｅｆｌｏｗｄｉｒｅｃ- ｔｉｏｎｉｎＣａｓｅ1ａｎｄ2 图8给出的是工况1通道内的压力分布图．通 过图中可以看出‚微通道内的压力呈非线性分布‚在 出口处的压力梯度明显高于通道的其他部位．这一 结论已经被前人采用实验 ［16］和数值模拟 ［17］的方法 分别得以证实． 4∙2 传热特性 4∙2∙1 温度跳跃 图 9所示的为工况 1、2、4和 7微通道内气体的 温度图．从图中可以看出‚气体的温度都呈先升高 后降低的趋势．先升高是由于气体被壁面剧烈加热 图 8 工况 1通道内压力分布图 Ｆｉｇ．8 Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅｏｆｍｉｃｒｏ-ｃｈａｎｎｅｌｓｉｎ Ｃａｓｅ1 所致；在出口处温度的下降是由于出口的压力梯度 变大‚压力急剧降低所致．随着粗糙元的变大和增 多‚通道内的气体的温度进一步升高．分析其原因‚ 是因为粗糙元变大和增多以后‚气体的壁面滑移速 度减小‚气体在通道内停留时间增长‚气体被加热到 了更高的温度． 图 9 工况 1（ａ）、工况 2（ｂ）、工况 4（ｃ）和工况 7（ｄ）中微通道 内温度图 Ｆｉｇ．9 Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｏｕｒｓｏｆｍｉｃｒｏ-ｆｌｏｗｓｉｎＣａｓｅｓ1（ａ）‚2（ｂ）‚ 4（ｃ） ａｎｄ7（ｄ） 图 10所示为各工况中通道中心线处的温度分 布．由图中可以看出‚通道中心线处的温度亦是先 升高后降低．沿着气体流动的方向‚温度梯度在入 口段较大‚这是由于此时气体与壁面温差较大‚气体 与壁面换热剧烈；在通道中间段由于气体与壁面温 ·387·