大高宽比微小矩形通道水力特性实验：层流与紊流的转变

"大高宽比微小宽度矩形通道内的水力特性实验研究 (2002年)" 本文是工程技术领域的研究论文，主要探讨了在大高宽比(c=3～15)微小宽度(b=0.6～0.8mm)矩形通道中的水力特性。实验涉及的流动雷诺数范围为Re=50～10000，通道的当量直径dh=1.0～1.2mm。研究发现，对于这样的矩形通道，层流流动的计算必须考虑高宽比的影响，不能直接套用当量圆管的公式。与常见的圆管流动相比，大高宽比矩形通道的层流-紊流过渡区显著缩短，且阻力系数f随Re的变化在f-Re图上不会呈现阻力系数随着Re增加而增加的阶段。此外，层流到紊流的最大临界雷诺数Rec会随高宽比c变化，最高可达2340。 这项研究的背景是先进大推力液体火箭发动机推力室的冷却技术，其中采用了大高宽比的冷却通道以提高再生冷却效率。层板技术使得制造高宽比达到15的冷却通道成为可能。然而，由于这些通道的宽度属于微小尺度，其流动和传热特性可能与常规尺寸的通道有所不同。因此，实验装置被设计用于测量这些特殊通道的水力特性，并与传统理论进行对比分析。 实验件由紫铜制成，通过线切割和扩散焊工艺形成封闭的矩形流道。为了确保实验的准确性，流道的焊接面经过X光探伤检测。实验在通道的两端设置了测压点，以便于准确地监测流动状态。 此项研究的意义在于提供了对微小宽度大高宽比矩形通道内流体流动行为的新认识，对于理解和优化这种特殊通道的冷却性能具有重要价值。这些发现对于设计高效能的微小尺度冷却系统，特别是在航空航天和高温设备领域，具有重要的指导作用。同时，这也为未来对微尺度流动和传热现象的深入理论研究提供了实验基础。