微尺度热传导的研究进展

介绍微尺度传热的研究方法及成果、微型换热器的结构，分析松弛时间理论近似线性化Boltnmnn方程散射项的实用性和局限性．提出微尺度热传导的时空问题，微冷却系统概念．微／纳米、飞／皮秒的传热问题，对传统工程热物理既是一场挑战，也是一场机遇。     

均质非平衡态分子动力学模拟铜薄膜的热导率

为研究微电子器件中薄膜的“超常”传热行为，基于等温线性响应理论（LRT）和嵌入原子法（EAM）势函数，采用均质非平衡态分子动力学方法，对铜薄膜的热导率进行了计算机数值模拟，给出了铜薄膜热导率与薄膜厚度及温度之间的关系，模拟结果符合Flik关于微尺度薄膜导热的判据并与其他文献的实验数据基本一致，表明该方法和结果可以利用于微电子器件中的微尺度传热及热应力问题的分析。     

变截面微小通道的传热特性

为研究变截面微小通道的流动和传热特性,设计了9种不同微小尺度的变截面通道。采用实验研究的方法,得出了流体在变截面微小通道中的传热特性以及与常规尺度通道的差异,分别比较了通道的进出口宽度比、高宽比对变截面、微小尺度通道传热特性的影响,根据实验结果得到了描述水在变截面微小通道中的流动及传热特性的无量纲关联式。     

微槽平板传热实验研究(英文)

本文以甲醇为工质实验考察了方型微槽结构平板的传热特性,测试了6种不同尺寸实验段的传热数据,发现槽内单相液体对流随加热负荷或壁温升高有传热与流动形态的变化。分析表明,这种形态变更与微槽内液体因壁温升高引起的明显物性变化密切相关。文中分析了液体流速、温度以及微型结构的几何尺寸对传热及流动形态变化的影响。实验还发现微槽结构内的流动核沸腾与通常情况存在明显差异。本研究为微尺度传热的高技术应用和深入的理论研究提供了实验依据。     

第6届ASME国际微、细及纳米通道会议

2008年6月21～27日，我在学校和导师彭晓峰教授的资助下，赴德国达姆施塔特（Darmstadt）参加了在传热学科微尺度传热传质研究领域中享有盛誉的第6届ASME国际微、细及纳米通道会议（ICNMM2008），并在会议上宣读了论文。     

微通道内水的单相流动与传热特性的实验

设计的微尺度流动与换热实验测试系统,主要研究水于小雷诺数下在微通道中受热单相流动的水力特性和传热特性。通过对相关的实验数据进行分析计算,表明水在微通道内流动时的压降值与阻力系数值均大于传统理论预测值,而传热特性的实验结果则与传统理论较为吻合。     

液体乙醇微尺度层流扩散燃烧的数值模拟

结合微尺度条件下液体乙醇的流动和燃烧特性,通过理论分析选择合理的模型来对液体乙醇的微尺度层流扩散燃烧进行数值模拟,然后采用数值模拟软件Fluent来分析液滴辐射传热与边界层滑移因素对数值模拟的影响,将数值模拟结果与测量值进行对比分析.研究结果表明:将液滴辐射传热和边界层滑移因素结合起来考虑能使数值模拟值与测量值更接近.     

微尺度传热学进展

综述微尺度热科学的理论建模、实验测试方法及计算机模拟等三方面的研究进展,重点讨论各理论模型的适用条件及优缺点.从线性波尔兹曼传输方程的解得出声子散射热传输方程.体积和重量不断减少的半导体微尺度器件中的非金属薄膜材料传热机理的研究将会促成一些新的工程应用,有可能开辟新的市场,并为有关基础探索提供了崭新的研究手段.     

平板微热管的研究进展回顾与展望

热管是一种具有高热导率的多尺度传热材料,被广泛应用于换热器的余热回收再利用、太阳能集热器和数据中心冷却等领域。从循环动力和性能表现两方面入手探讨微热管传热影响因素的研究实验。针对平板微热管的结构组成和工作机理,综述了平板微热管微槽结构、充装工质及其充液率、工作状态的性能研究进展,剖析了蒸发段和冷凝段的状态对流动状态与传热特性之间的关系,如曲率半径、循环工质流量和有效导热系数等参数的表现,总结了平板微热管的模型结构设计与理论预测研究进展,并结合强化换热和沸腾传热,对微热管微通道的发展方向进行了展望。     

电子微器件微尺度激光喷丸强化实验研究

微尺度激光喷丸是一种灵活、精准的加工工艺,能够广泛应用于微电子设备中的电子微器件中,以改善电子微器件的强度及可靠性要求。为了研究微尺度激光喷丸对电子微器件的强化机制,对电子微器件常用加工材料铜箔进行微尺度激光喷丸强化。微尺度激光喷丸及未喷丸铜箔材料表面轮廓度、变形情况及显微硬度进行对比分析。实验结果表明,激光光斑的搭接率对铜箔微变形深度有一定影响,随着激光光斑能量的增加,铜箔微变形深度逐渐增加,经过微尺度激光喷丸强化的铜箔表面显微硬度得到了显著改善。     

微尺度核态沸腾换热的汽泡交互作用实验研究

核态沸腾换热是一种高效的换热形式,沸腾机理的研究对强化传热的研究很重要。实验采用微尺度96加热片阵列,通过独立的控制电路,加热独立的各个加热片,使其维持在恒定温度120℃上。利用高速摄像技术分别从汽泡的底部和侧面对汽泡生长及运动现象进行可视化观测,并用高速数据采集系统同步记录汽泡一个生长期间不同阶段的热流密度。实验首先单独加热每个独立的区域,产生单个汽泡,并分析汽泡脱离频率、脱离直径和热流密度;然后通过加热两个相隔一定位置的加热片区域,使得汽泡长到一定大小后能够碰撞、合并为一个新汽泡并最终脱离。这种汽泡交互作用伴随着汽泡的变形、滑移,显著增加了沸腾换热的热流密度和汽泡脱离频率。通过分析每个加热片的热流密度,得出瞬态导热是沸腾换热的主要机理。     

三相流闭式重力热管传热性能

为了拓展三相流强化传热和防、除垢技术的应用领域,优化重力热管的传热性能,设计并构建了一套三相流闭式重力热管系统．考察了固含率、加热功率、充液率和颗粒种类等参数对于三相流重力热管传热性能的影响．结果表明,三相流重力热管可以强化传热,但其传热效果随着固含率的增加会出现波动;热管蒸发段对流传热系数随着加热功率的增加而增大,随着充液率的增加而减小;颗粒的种类对三相流重力热管的传热性能影响较大,在所采用的3种颗粒中,树脂颗粒的强化传热效果较好,与两相流重力热管相比,蒸发段对流传热系数可提高2．8％～28．3％．     

建筑密度对城市热岛影响的多孔介质数值模拟

根据城市空间结构与多孔介质的相似性,在城市热岛效应的研究中引入了多孔介质理论,采用体积平均技术和雷诺时均方程法建立了适用于城市湍流流动与换热的多孔介质数学模型,并利用微尺度数值模拟计算结果的空间体积平均对模型的有效性进行了验证.采用建立的城市多孔介质数学模型,合理地考虑城市热源在城市冠层内的空间分布,研究了建筑密度对城市热岛强度的影响.结果表明:城市区域热岛强度随着地面孔隙率的增大而减弱,地面孔隙率每增加0.1,就会引起城市热岛强度减小0.36 K;在城市游的乡村地区,随着离开城市距离的增加,热岛强度逐渐消失;城市冠层底部的热岛强要显著高于上部,热岛强度随高度的增加几乎呈线性减小;城市对上空气流的影响可以延伸至5倍的城市冠层高度.     

微槽群结构对微纳复合表面汽泡周期的影响

将涂有250 nm钛纳米涂层,且具有不同微尺度结构的微槽群竖直放置,采用高速摄影技术对热沉中的汽泡周期进行可视化研究.研究结果表明：当热流密度较小时,汽泡周期随着微槽深宽比的增加而减小;随热流密度的增大,汽泡周期逐渐减小;微尺度效应对汽泡周期的影响随着热流密度的增加而减弱.     

脉动热管强化传热技术研究进展

脉动热管作为一种高效的换热设备,以其独特的优势有望应用于能源及化工设备的强化换热领域。首先综述了热管结构和工质对脉动热管强化换热的影响,其次整理了脉动热管理论研究和数值模拟的最近研究进展,最后给出了当前亟需解决的关键问题,为脉动热管技术后续研究提供了借鉴思路和方向。     

重力场中沟槽管和烧结管传热性能的实验研究

为了研究重力场中不同吸液芯微热管的传热性能,选用了沟槽式和烧结式两种吸液芯的热管为研究对象,实验测量了两者在不同重力倾角时的温差、热阻和极限功率。实验结果表明:重力倾角小于15°时,沟槽管和烧结管的传热性能受重力的影响很小,重力倾角大于15°时,沟槽管的温差和热阻上升较大,极限功率下降幅度达78%,而烧结管的温差和热阻上升很小,极限功率下降幅度为31%;重力倾角为-30°时,烧结管温差、热阻和极限功率均略有上升,沟槽管则温差、热阻上升,极限功率下降;在对不同工质的研究中,发现水比乙醇和丙酮在有重力影响下更适合作为热管工质。     

双旋转轴间瞬态流动与换热的实验研究

对双旋转轴间的瞬态流动与换热的实验研究发现:影响外轴内壁瞬态平均换热系数特性的因素中,以轴向冷气雷诺数的影响最大,外轴罗斯贝数次之,内轴罗斯贝数的影响最小;在双旋转的影响因素中,外轴内壁换热特性主要取决于外轴罗斯贝数,内外轴转速差和正反转因素影响较弱.     

水平螺旋管外V型槽强化冷凝传热的理论研究

对水平螺旋管外开有Ｖ型槽时的凝结换热强化问题进行了理论研究．针对Ｖ型槽的冷凝换热特点,将Ｖ型槽流动区域分为传热区和液流区两个部分,对其分别建立了理论模型,并进行了数学描写．通过分析两个区之间流动和换热的有机联系,得到了螺旋管外Ｖ型槽冷凝换热问题的理论解,并给出了能用于工程实际的换热准则方程式．     

微重力下两相流动沸腾换热模拟试验台采集控制系统设计

介绍了微重力下两相流动沸腾换热模拟试验台的系统构成,并设计了一个基于Ｗｉｎｄｏｗｓ９５／９８／ＮＴ的多线程实时数据采集控制系统,以此对微重力下两相流动沸腾换热模拟试验台的系统进行多点测量及控制。     

新型竹结构建筑传热特性

 竹材具有生长周期短、产量高、强度高、环保及可再生等特点,作为现代建筑材料已经越来越受到人们的重视。本文在自然气候条件下,通过在墙体内各个界面预埋热电阻Pt100,对竹结构实验用房这种新型墙体温度进行实测,结合竹材自身的热物性参数特点和墙体（多孔介质）传热机理,分析其温度分布规律,研究竹结构动态传热特性,以期为现代竹结构建筑传热特性的研究提供一些基本数据,为科学设计、分析竹结构建筑的传热特性提供依据。结果表明,竹结构建筑具有良好的隔热保温性能,对节能具有重要的意义,利用竹材作为现代建筑材料符合可持续发展的要求。