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表面粗糙度的分形特征及其对微通道内层流流动的影响

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张程宾, 陈永平, 施明恒, 付盼盼, 吴嘉峰. 2009: 表面粗糙度的分形特征及其对微通道内层流流动的影响, 物理学报, 58(10): 7050-7056. doi: 10.3321/j.issn:1000-3290.2009.10.062
引用本文: 张程宾, 陈永平, 施明恒, 付盼盼, 吴嘉峰. 2009: 表面粗糙度的分形特征及其对微通道内层流流动的影响, 物理学报, 58(10): 7050-7056. doi: 10.3321/j.issn:1000-3290.2009.10.062
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Zhang Cheng-Bin, Chen Yong-Ping, Shi Ming-Heng, Fu Pan-Pan, Wu Jia-Feng. 2009: Fractal characteristics of surface roughness and its effect on laminar flow in microchannels, Acta Physica Sinica, 58(10): 7050-7056. doi: 10.3321/j.issn:1000-3290.2009.10.062
Citation: Zhang Cheng-Bin, Chen Yong-Ping, Shi Ming-Heng, Fu Pan-Pan, Wu Jia-Feng. 2009: Fractal characteristics of surface roughness and its effect on laminar flow in microchannels, Acta Physica Sinica, 58(10): 7050-7056. doi: 10.3321/j.issn:1000-3290.2009.10.062
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表面粗糙度的分形特征及其对微通道内层流流动的影响

  • 东南大学能源与环境学院,南京,210096

Fractal characteristics of surface roughness and its effect on laminar flow in microchannels

  • 摘要: 基于分形几何学,研究了表面粗糙度的分形特征.采用weierstrass-Mandelbrot函数对多尺度自仿射的表面粗糙度进行了描述;建立了微通道内层流流动的三维模型并对表面粗糙度的影响进行了数值模拟,分析了雷诺数、相对粗糙度和分形维数对流动阻力特性的影响.研究结果表明,与常规尺度通道不同,粗糙微通道的Poiseuille数不再是常数,而是随雷诺数近似线性增加;相对粗糙度越大,流动产生的回流和分离所导致的流动压降越明显.在相同的相对粗糙度下,粗糙表面的分形维数越大,表面轮廓变化就越频繁,这也将导致流动阻力的明显增加.并且根据文献中的实验数据验证了本文模型的准确性.
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出版历程
  • 刊出日期:  2009-10-30

表面粗糙度的分形特征及其对微通道内层流流动的影响

  • 东南大学能源与环境学院,南京,210096

摘要: 基于分形几何学,研究了表面粗糙度的分形特征.采用weierstrass-Mandelbrot函数对多尺度自仿射的表面粗糙度进行了描述;建立了微通道内层流流动的三维模型并对表面粗糙度的影响进行了数值模拟,分析了雷诺数、相对粗糙度和分形维数对流动阻力特性的影响.研究结果表明,与常规尺度通道不同,粗糙微通道的Poiseuille数不再是常数,而是随雷诺数近似线性增加;相对粗糙度越大,流动产生的回流和分离所导致的流动压降越明显.在相同的相对粗糙度下,粗糙表面的分形维数越大,表面轮廓变化就越频繁,这也将导致流动阻力的明显增加.并且根据文献中的实验数据验证了本文模型的准确性.

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