Determination of head change coefficients for dividing and combining junctions: A method based on the second law of thermodynamics
Determination of head change coefficients for dividing and combining junctions: A method based on the second law of thermodynamics
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分合结水头变化系数的确定：一种基于热力学第二定律的方法
DOI：
10.1016/j.ces.2014.02.035
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发表时间：
2014
影响因子：
4.7
通讯作者：
H. Herwig
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
B. Schmandt;H. Herwig
在管道系统中，流经管道部件的损失可以用水头损失系数K来计算。它们对应于流场中的耗散，或者在更一般的意义上，对应于由于所考虑的管道组件而产生的熵。当只涉及一个质量流量时，基于熵的方法是直接的，因为流量可以用作一般参考量。然而，如果一个质量流率被分开，或者两个部分流率像在连接处那样汇聚在一起，就会出现一个新的方面：单个分支之间的能量转移必须被考虑在内。结果表明，这种能量传递改变了每个流动分支中的总水头，还改变了因产生熵而造成的总水头损失。因此，适当的连接处系数应命名为水头变化系数。作为算例，将该方法应用于层流流动。确定了T型微结内分流和合流的水头变化系数，并对其物理意义进行了讨论。对于组合结，还考虑了导致微混合器内强化混合的吞没的特殊情况。最后，说明了如何将新定义的系数用于流量网络的设计。
Losses due to the flow through conduit components in a pipe system can be accounted for by head loss coefficientsK. They correspond to the dissipation in the flow field or, in a more general sense, to the entropy generation due to the conduit component under consideration. When only one single mass flow rate is involved, an entropy based approach is straight forward since the flow rate can be used as a general reference quantity. If, however, one mass flow rate is split or two partial flow rates come together like in junctions, a new aspect appears: there is an energy transfer between the single branches that has to be accounted for. It turns out that this energy transfer changes the total head in each flow branch in addition to the loss of total head due to entropy generation. Therefore, appropriate coefficients for junctions should be named as head change coefficients. As an example, the method is applied to laminar flows. Head change coefficients for dividing and combining flows in a T-shape micro-junction are determined for both branches and discussed with respect to their physical meaning. For the combining junction, the special case of engulfment, leading to enhanced mixing in micro-mixers, is also considered. Finally, it is shown, how the newly defined coefficients can be used for the design of a flow network.
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