具有对流换热条件的伸展体传热特性试验之实验报告 实验人：刘罗勤 学号：PB07013045 班级：0701301 一、实验题目：具有对流换热条件的伸展体传热特性试验 二、通过实验和对试验数据的分析，使我们更深入了解伸展体传热的特性并掌握求解具有对流换热条件的伸展体传热特性的方法。 三、基本原理 略 四、实验要求 1． 解方程 22 2 0d m dx θθ-= （1） 棒沿X 方向的过余温度 f t t θ=-分布式： () x θθ=； 221122********* 210;,cosh()sinh()cosh() ,cosh()sinh(),sinh() cosh()sinh ()sinh() cosh()sinh()sinh()sinh() d m T T T T A mx B mx dx mL A A mL B mL A B mL mL m L x mx mx mx mL mL θ θθθθθθθθθθθθθθθ∞∞-==-=-?=+-==+?==--+∴=+= （2）分析沿X 方向，棒的温度分布曲线的可能形状。分析各参数：L 、U 、f 、λ、 α、1W t 、2W t 、f t 对温度分布的影响（由第2题数据得出）。 60 708090100110120130 140150160170180190θ / o C X /mm 图1-1.不同的m值所对应的过余温度分布曲线 由图1-1可知，当其它参数保持不变，仅改变m 的值时，m 的值越大，棒的对应点（端点除外）的温度越小。又因为m 2=αU /λf ,所以α、U 越大，λ、f 越小，棒的对应点
（端点除图1-1.不同的m 值所对应的过余温度分布曲线外）的温度越小。 由图1-2知，当其它参数保持不变，仅改变t f 的值时，t f 的值越大，棒的对应点（端点除外）的过余温度越小。而由图1-3知，当仅改变t f 的值时，t f 的值越大，棒的对应点（端点除外）的温度也越大。 由图1-4知，当仅改变t w 的值时，t w 的值越大，棒的对应点的温度也越大。由图1-5知， θ/ o C X /mm 图1-2.不同的tf值所对应的过余温度分布曲线 θ / o C X /mm 图1-4.不同的tw1值所对应的过余温度分布曲线 图 50 607080 90100 110120130 140 150160170180 190θ /o C X /mm 图1-5.不同的L值所对应的过余温度分布曲线 t / o C X/mm 图1-3.不同的tf值所对应的温度分布曲线
五．具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 一、实验目的 通过本实验和对实验数据的分析，加深对传热学教学内容的理解，掌握和了解伸展体传热的特性和求解具有对流换热条件的方法。 二、实验方法与设备 1. 设备的组装 将位于箱体风道中部的伸展体试验的封头取下，将图4所示的伸展体试件按铜管表面的刻线贴好热电偶（用单独的热电偶组）后插入风道，并使热电偶在背风处，如图16所示。将单独一组10对的热电偶接入热电偶组（一）接口，将伸展体试件的加热导线接入位于面板最右端的接线柱。 图16 伸展体试件安装于风道内 2. 实验原理 本实验所用试件为一圆紫铜管，其外径0d =19mm ，内径1d =17mm ，长度L=260mm ，具有对流换热的等截面伸展体(常物性)，如图17所示，取导热微分方程为： 图17 等截面伸展体对流换热示意图
0222=-θ?m dx d (1) 式中：m ——系数，c A hp m λ=， (m 1) θ——过余温度，f t t -=θ， (℃)； t ——伸展体温度， (℃)； f t ——伸展体周围介质温度， (℃)； h ——空气对壁面的表面传热系数，(c m W ο?2)； p ——横截面的周长，0d p π=，(m )； λ——空气的导热系数，（m.℃） c A ——伸展体横截面面积，4) (10d d A c -=π，(2 m )； 伸展体内的温度分布规律取决于边界条件和m 值得大小。本实验采用的试件两端为第一类边界条件，即： f w f w t t L x t t x -===-===2211,,0???? ； (2) 由此，试件内的温度分布规律为式(3)，伸展体在壁面1和壁面2的热流量分别用式(4)和式(5)计算。伸展体表面和流体之间的对流换热量用式(6)计算。 )()] ([)(12mL sh x L m sh mx sh -+=??? (3) ) (])([)(2101mL sh mL ch m A dx d A c x c θ?λθλφ-=== (4) ) ()]([)(212mL sh mL ch m A dx d A c L x c θ?λθλφ-=== (5) )(]1)()[(2121mL sh mL ch m A c --=-=θ?λφφφ (6) 根据0=dx d θ，可寻求过余温度最低值处的位置m in x })(/]/)([{12min m mL sh mL ch arcth x θθ-= (7) 3. 实验过程、数据的测量和整理
工程热物理研究所导师一览 1.淮秀兰：hxl@https://www.doczj.com/doc/947739523.html,博导 研究员，博士生导师,中国工程热物理学会传热传质专业委员会委员，全国能量系统标准化委员会委员,北京热物理与能源工程学会理事等。1997年毕业于北京科技大学热能工程专业，获博士学位。1998年初进入中国科学院工程热物理研究所博士后流动站从事微尺度传热传质方面科研工作，1999年底出站后留所继续从事相关研究工作。2002--2003年期间赴日本九州大学从事访问研究。目前主要从事微尺度传热传质、先进高效光电子与微电子元器件热管理、强化传热与高效节能等方面科研工作。作为负责人曾获得国家高技术研究发展规划项目（863）、国家重点基础研究发展规划项目子课题（973）、多项国家自然科学基金项目、中科院科研装备研制项目、军工项目、国际合作项目、中科院知识创新工程重大项目子课题及企业合作等重要科研项目支持。其中，作为项目负责人主持的国家自然科学基金项目获―优+‖评价；主持完成的科研成果通过省部级鉴定，获―2004-2005年度北京市金桥工程项目一等奖‖等。在Applied Physics Letters, Optics Letters, International Journal of Heat and Mass Transfer等国内外重要学术期刊与会议上发表/录用学术论文150余篇，其中被SCI、EI等国际检索系统收录100余篇。 2.谭春青：tan@https://www.doczj.com/doc/947739523.html,博导 研究员，男，1963年生1993年获哈尔滨工业大学博士学位，1993－1995年在工程热物理所从事博士后研究工作。2000－2004年，先后在日本航空宇宙技术研究所、日本航空航天局任STA Fellow、特别研究员和主任研究员，2004年入选中国科学院―百人计划‖，并被聘任研究员。现任日本燃气轮机学会会员、美国航空航天学会会员。研究方向：涡轮弯曲叶片叶栅内部二次流场结构和损失机理研究、叶轮机械气动热力学关键技术研究、高/超高负荷涡轮叶栅流动损失机理及损失控制技术研究、垂直/短距起降飞行器升力推进技术研究、微型/超微型燃气轮机研究、压缩空气/燃气轮机储能发电技术研究、航空发动机压气机及涡轮气动设计技术研究、通用流体机械节能技术研究、高效风机以及智能通风网络系统研究、采用矢量推进技术的空气炮气动热力学技术研究。多年来，作为项目负责人开展了国家攀登B计划项目子课题、中国博士后科学基金、中国科学院院长青年创新基金、日本航空宇宙技术研究所特别支持项目、中国科学院―百人计划‖择优支持项目、中国科学院国防创新基金、国家自然科学基金面上项目、研究所领域前沿项目及多项企业合作项目的研究与开发工作。在国内外重要学术期刊和会议上发表论文50余篇，被SCI/EI收录近30篇，其中弯曲叶片研究成果被誉为―为弯扭叶片成型理论增加了一个可控自由度‖；申请或获得美国专利1项、国防专利1项、国家发明专利3项、实用新型专利2项。 3.陈海生：chen_hs@https://www.doczj.com/doc/947739523.html, 1977年生，山东滕州人，1997年本科毕业于西安交通大学，2002年在中科院工程热物理研究所获工程热物理专业博士学位。2002~2004年在北京航空航天大学从事博士后研究工作；2004~2005年任中科院工程热物理研究所副研究员；2005~2009年在英国利兹大学工作，任Senior Visiting Research Fellow/Research Fellow等职；2009年11月入选中科院―百人计划‖，任中科院工程热物理所研究员、博士生导师；2010年10月任中科院工程热物理所科技发展处处长，2011年4月，任中科院工程热物理所储能研发中心主任。 在博士生期间主要开展叶轮机械内部气动特性的实验与数值研究工作，研究成果曾
微尺度流动显示及速度测量 李战华郑旭 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室（LNM），北京100080 摘要：本文综述了微尺度流动显示和速度测量的前沿技术：MicroPIV、Confocal、TIRFM、MTV、QD等，介绍其工作原理、主要技术指标、适用范围等。通过对各种系统的分析说明观测微流动需要解决的主要问题，为进行微流动的实验研究和发展微流动观测技术提供参考。 关键字：微流动、流动显示、MicroPIV、Confocal、TIRFM、MTV、QD 1.引言 微尺度流动是指特征尺度在0.1μm ~ 1mm之间的流动，通常出现在微机电系统（MEMS），特别是微流控芯片（Microfluidic）中。例如，DNA检测使用的毛细管电泳芯片，微分析系统(μTAS)中使用的微分离器、微阀等器件，均由微米尺度的通道组成。微尺度流动的主要特点是：低Re数，表面力作用为主，与Capillary数、Bond数有关，工作液体多为复杂液体等。微尺度流动特性对系统的性能有很大影响，对微流动特性的研究一直受到关注。 微流动特性研究的重要手段之一是进行流场观测。微尺度流动显示与宏观流动显示主要不同是需要提高空间分辨度和利用高亮度探测仪器等。宏观速度测量仪器的空间分辨率在几十微米以上：热膜流速仪的探头直径为5μm，长1.25mm，LDV的光斑直径约2mm，这些仪器无法用于微尺度流动测量。宏观流动显示的示踪粒子直径>1μm，而微流动中的荧光示踪粒子直径在50-500nm。按照Reyleigh散射定律粒子光强与直径的6次方成比例衰减，因此需要高光学灵敏度探测器。为了实现微尺度流动诊断，必须对宏观流动显示方法进行改进，采用新的实验仪器或手段。 目前微流动显示方法很多，按照所使用的显微镜系统分为：倒置荧光显微镜、透射显微镜系统、共聚焦显微系统Confocal等。按照选用的入射光种类分为：利用激光光源的Micro-PIV，利用x射线的X-PIV，利用近场隐失波的TIFMR等。按照选用的示踪粒子分为：荧光粒子法、分子示踪法和量子点示踪法等。本文将综述微尺度流动显示和速度测量的主要方法：MicroPIV、Confocal、TIRFM、MTV、QD等，介绍其工作原理、主要技术指标、适用范围等。通过对系统的分析说明观测微流动的困难和需要解决的主要问题，为进行微流动的实验研究、观测微流控器件的流动特性和发展微流动观测技术提供参考。 2.微观粒子图像测速（Micro-PIV） 2.1特点与发展现状 （1）原理 Micro-PIV是将宏观PIV测量原理应用于微尺度流动的流场测量技术，它在宏观PIV测量系统中增加了光学显微镜（图1），利用粒子的荧光提取流场信息。 （2）发展现状 著名实验流体力学家Adrian研究组的Santiago（1998）[1]首次利用连续激光器、CCD和荧光显微镜组成Micro-PIV系统，测量了绕30μm柱体的Hele-Shaw流。实验中采用的示踪粒子是直径为300nm
毛细蒸发弯月面在电场作用下的传热特性摘要：基于电场增强蒸发薄液膜的传热性能，本文将电场力对液膜的作用形式转化为气液界面间的压差，并据此针对正辛烷在施加电场的硅质管道中的流动特性和传热特性建立电场强化薄液膜区换热的数学模型。该模型结合薄液膜所受毛细力、范德华力以及电场力，运用数值计算分析方法得出电场强化薄液膜区域换热的结论。结果表明，电场能延长蒸发薄液膜区域，极大增强蒸发薄液膜的传热能力。 关键词：强化换热、电场、薄液膜、蒸发、弯月面 Heat transfer characteristics of the evaporating capillary meniscus under the electric field Abstract :Based on the electric field enhance the thin liquid film evaporation heat transfer performance.This paper forms the function of the electric field force of liquid membrane into a pressure differential between the gas-liquid interface.According to the flow characteristics and heat transfer characteristics of the octane in the siliceous pipe which applies an electric field,building a mathematical model of the heat transfer in the thin liquid film zone applying an electric field.This model combined with the thin liquid film by capillary forces, van der Waals forces and electric field https://www.doczj.com/doc/947739523.html,ing numerical analysis method of the electric field to strengthen the conclusion of thin liquid film zone heat.The results show that the electric field can extend the thin liquid film evaporation area and greatly enhance the thin liquid film evaporation heat transfer ability. Key words: heat transfer enhancement, electric field, thin liquid film, evaporation, meniscus 毛细通道内蒸发弯月面上的蒸发传热过程是热管、微槽热管和回路热管等毛细驱动两相热传输装置的关键传热环节。有效地利用这一区域的相变传热，对提高此类装置的热传输性能有重要意义。近年来国内外实验和理论分析工作证实电场能够强化薄液膜区域换热。电场强化换热是指在换热表面的流体中施加电场，利用电场、流场和温度场之间的相互作用达到强化传热的效果[1]。实验结果
微尺度相变传热的研究进展 扬衡 (20132346001，新能源应用技术) 摘要：微尺度相变传热的实验和理论分析证实了微尺度结构具有高效传热的特性，并预示了该技术在电子通信、生物医药以及化工等领域为MEMS进行冷却应用上的巨大前景。微尺度相变传热出现了不同于常规尺度的物理现象，原因可以分为两类：一类是连续介质的假定不再适用，一类是各种作用力的相对重要性发生了变化。本文围绕微尺度相变传热的流型、不稳定性和表面性质的影响三个方面，对现有的研究成果进行了综述，并对微尺度相变传热的发展趋势做出了展望。 关键词：微尺度，相变传热，流型，不稳定性，表面性质 1 引言 随着微加工制造技术的迅猛发展，各种结构精细、功能完善的微型电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)被陆续开发出来，并广泛地运用于电子通信、生物医药以及化工等领域[1,2]。在这些工程应用中，MEMS呈现出了高集成度、高功耗和微尺度的特点。然而，快速增加的系统发热已经成为MEMS研发和应用的一项重大挑战。以电子芯片为例，元器件的失效率随着器件温度的上升呈指数规律上升，元器件在70~80 ℃温度水平上每升高1 ℃，其可靠性降低5 %[3]。因此，在对高热流密度的MEMS进行结构设计和功能优化时，如何解决MEMS的散热问题迫在眉睫。 目前，为了能够实现大热流密度的热量传输通常采用微尺度的相变传热技术，诸如微流道热沉、微流体传热和微热交换器等[4-6]。按当量直径的范围，相变传热的通道可划分为大通道(≥3 mm)、细通道(200 μm~3 mm)和微通道(10 μm~200 μm)。近年来，国内外对微尺度相变传热的实验和理论分析工作均证实了微尺度结构具有高热流密度传热的特性，微通道/微热管相变传热的等效传热系数远大于传统材料的传热系数，约为5 000~30 000 W/(m·K)[7]。由于尺度的减小和面体比的增大，微尺度相变传热中各种表面性质(表面粗糙度、浸润性)和表面作用力(表面张力等)的作用更为突出，体积力的作用(重力等)更为削弱。因此，流体在微通道中会产生不同于常规通道的热流体动力学作用，涉及到毛细流动、微通道内的压降、流体的加热和蒸发、单相流/多相流、沸腾和气泡、汽-液两相流的混合机制等(图1)[8]，这些作用极大地影响了
微通道换热器流动和传热特性的研究 微通道换热器流动和传热特性的研究 杨海明朱魁章张继宇杨萍 (中国电子科技集团公司第十六研究所,合肥230043) 摘要：通过对微通道换热器流动和传热特性的研究,设计了实验方案并建立了相应的实验装置,结合流动、传热特性的相关准则,得出了雷诺数Re-摩擦系数f,雷诺数Re、普郎特数Pr-努谢尔特数Nu间关系的实验模型,并对该模型进行了分析。 关键词：微通道换热器;流动特性;传热特性;实验模型 1引言 通道式换热器是利用传热学原理将热量从热流体传给冷流体的,冷热流体分别在固体壁面的两侧流过,热流体的热量以对流和传导的方式传给冷流体。由于它结构紧凑、体积小、换热效果好,已广泛应用于红外探测、电子设备、生物医疗等工程领域的冷却中。然而随着现代科技水平的不断发展,被冷却的器件、设备其功能越来越强大,体积和重量越来越小,结构趋于复杂化,散热要求越来越苛刻,迫使采用通道式换热器的制冷器件向小型化、甚至微型化的方向发展,尤其是半导体激光器、T/R收发组件、微电子集成器件等电子仪器、设备对这方面的要求更高,于是微通道换热器(特别是微型节流制冷器MMR)的研制开发已迫切地提到了议事日程上来。 所谓微通道换热器即是采用拉丝或光刻等技术在金属、玻璃等基材上刻出几十至几百微米的细微槽道来构成换热器的壁面,再采用焊接或胶粘等方式形成封闭腔体来进行冷热流体的热交换,达到制冷的目的。国外对微通道换热特性的研究较多,但主要是进行直线微通道换热器特性的研究,早期关于其流动问题的研究是在微型Joule-Thomson制冷技术中完成的,由美国斯坦福大学利特尔(W.A. Little)教授发明,采用现代半导体光刻加工技术, 在微晶玻璃薄片上刻出几微米到几十微米的细微直线槽道,并采用胶粘技术构成气流的微型换热器、节流元件和蒸发器,从而获得了一种结构新颖的微型平面节流制冷技术以及一定的成果和专利。目前已经开发成微型制冷器,用于低温电子器件的冷却,产品照片如图3所示。 2流动、传热特性的相关准则
传热学的最新研究动态 传热是最普遍的一种自然现象。几乎所有的工程领域都会遇到一些在特定条件下的传热问题，包括有传质同时发生的复杂传热问题。现代科学技术突飞猛进，传热学的工程应用研究也已跨越传统的能源动力，工艺过程节能的范畴，在材料的制备和加工、航天技术的发展、信息器件的温控、生物技术、医学、环境净化与生态维护、以及农业工程化、军备现代化等不同领域都有所牵涉。特别是高技术的迅猛发展，正面临着温度场、速度场、浓度场、电磁场、光场、声场、化学势场等各种场相互耦合下的热量传递过程和温度控制，从而使传热学迅速发展为当今技术科学中了解各种热物理现象和创新相应技术的重要基础学科。现就以下几个方面的传热学最新研究动态作简要的介绍。 一、生物医学传热 生命体具有生命自律的“活力”，是一个开放系统，离不开同赖以生存的环境进行物质能量的交换，而且这种特殊体中不仅有生理因素，还有各种感觉器官造成心理上随机性的动态反应，这些都与中医理论体系相关，由此决定了活体运输过程本质的非定常性。对于这些有生命的生物体中的能量与物质的传输，国际上应运而生了一门新兴的交叉学科——“生物传热学”。 生物传热学研究的是生物体内传热传质规律.其研究内容涉及对人体器官，系统正常和异常热生理过程的解释和阐明，并应用复杂而精确的数学模型对其进行描述。它是生物、医学与传热学等学科的交叉，是正在蓬勃发展中的学科。其研究内容涉及到从细胞、亚细胞层次到组织、器官直至整个生物个体内的热质传输现象。其主要方向包括：对各种生命层次上热参数的测量并建立相应的测试仪器；对在传热、传质过程中具有重要意义的物性参数的测定；对人体器官、系统的正常和异常热生理过程的解释和阐明，并应用复杂而精确的数学模型对其进行描述；对各种热物理因子作用于人体及各种生物材料时产生的热学效应的研究；热物理学应用于医疗实践等。它已成为横跨诸多领域的最新的学科生长点之一，是当今学术界竞相关注的前沿。 半个世纪以来生物医学传热学的研究经历几个大的飞跃，它们集中体现在新的生物热现象的发现、物性测试方法的突破、新模型的建立以及医学热科学应用领域的拓宽等四个方面，然而由于问题研究的复杂性，许多工作远未完善，但就热物性测试而言，迄今为止，还没有任何一种方法能够同时测定热物性参数如热导率K、热扩散率α、血液灌注率Wb和代谢热产率qm，更不用说测定时考虑这些物性系数随空间的变化了。无创检测更难，而且许多情况下这些参数还受温度场（当地温度值、温度变化率等）的影响，要反映这些物性的温度、空间依赖特性，必须在传统方法之外寻求新途径。在生物医学应用方面，应发展常热物性与变热物性情况下的无损的温度预示技术，尤其要发展在未知全部热物性的情况下，只需测量体表温度就能同时重构生物体一维、二维乃至三维温度场和物性长的无创技术，并力求实时预测瞬变过程。此外，在实验中发现的许多物热现象的物理本质尚待深入揭示；临床热科学的应用领域应进一步拓宽；应进一步开展在理论指导下开发新型热医（理）疗器械的工作。 二、微细尺度传热学
1
《微尺度流动与传热》课程教学大纲 课程名称：微尺度流动与传热 课程代码：PO6013 学分/学时：3学分/48学时 开课学期：春季学期 适用专业：工程热物理、热能动力工程、制冷与低温工程、核科学与工程、航空航天工程 先修课程：工程热力学，流体力学，传热学 后续课程：无 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表） 课程性质：微尺度流动与传热学是近些年传热学领域形成的一个新的学科分支。当尺度微细化后，其流动和传热的规律已经明显不同于常规尺度条件下的流动和传热现象，出现了流动和传热的尺度效应。同时，微尺度还包括时间尺度上的微细。本课程就微尺度流动与传热的尺度效应开展讲解和探讨，对其物理机制展开分析。主要内容包括微尺度的多相流，沸腾和凝结换热，以及微尺度换热器加工、设计和性能分析等。其中将相变传热中的微尺度传热问题分为两大类：一是常规尺度沸腾或凝结中存在的微细尺度传热问题：如汽泡、液滴的成核和相变过程中的微液膜换热等等。另一类是当容器或通道尺寸缩小至与成核临界直径具有同一量级时，相变及其换热规律的变化。 教学目标：本课程的目的在于使研究生了解国际传热界的最新研究成果，培养学生的创新意识。在讲授求解微尺度流动与传热问题的方法时，强调对传热现象物理机制的分析，训练学生从工程或科研的实际问题中抽象概括出典型微尺度传热问题的能力。通过本课程学习，使学生进一步掌握传热学的基本规律，并能运用这些规律进行基本热学过程分析。掌握空间微尺度和时间微尺度条件下的流动和传热科学的核心问题，具有正确分析和提高系统传热效率的能力。 二、课程教学内容及学时分配（含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求） 1. 微尺度传热学的发展（4学时/课堂教学） 2
传热实验指导书 具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 上海交通大学 机械与动力工程学院 教学实验中心 二OO四年五月
具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 1 具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 工程中有许多热量沿着细长突出物传递的问题。它的基本特征是：某种细长形状的物体，从某温度的基面伸向与其温度不同的流动介质中，热量从基面沿着突出方向传递的同时，还通过表面与流体进行对流换热。因而沿突出物的伸展方向温度也相应地变化。 本实验是测量一等截面的伸展体，在与流体间进行对流换热的条件下，沿伸展体的温度变化。 一、实验目的及要求 通过实验和对实验数据的分析，深入了解伸展体传热的特性，并掌握求介质具有对流换热条件的伸展体传热特性的方法。 二、基本原理 具有对流换热的等截面伸展体，当长度与截面之比很大时(常物性)其微分方程式为： 222d 0d m x θθ?= (1.1) 式中：m ——系数，f u m λα=； θ ——过余温度，θ = t – t f ，℃； t ——伸展体温度，℃；t f ——伸展体周围介质的温度，℃； α——空气对壁面的换热系数，W/(m 2·℃)； u ——伸展体周长。本实验中u =πd 0，m ； f ——伸展体横截面积，本试件为)(42120d d f ?=π m 2 伸展体内的温度分布规律，由边界条件和m 值定。 三、实验装置及测量系统 本实验装置由风道、风机、实验元件、主付加热器、测温热电偶等组成。详见装置系统图1-1。
上海交通大学机械与动力工程学院教学实验中心 2 试件是一紫铜管，放置在一风道中，由风机和风道造成空气均匀地横向流过管子表面的对流换热条件。管子表面各处的换热系数基本上是相同的。管子两端装有加热器，以维持两端处于所要求的温度状况。这样就构成了一个两端处于某温度的、中间具有对流换热条件的等截面伸展体。 管子两端的加热器，通过调压变压器来控制其功率，以达到控制两端温度的目的。 为了改变空气对管壁的换热系数，风机的工作电压亦相应地可作调整，以改变空气流过管子表面时的速度。 为了测量铜管沿管长的温度分布，在管内安装有可移动的热电偶测温头，其冷端就放置在空气流中，采用的是铜-康铜热电偶。这样通过UJ ?36电位差计测出的热电势，就反映了管子各截面的过余温度。其相应的位置由带动热电偶测温头的滑动块在标尺上读出。 试件的基本参数： 管子外径d 0= 管子内径d 1= 管子长度L = 管子导热系数λ= 四、完成本实验的具体做法 1. 解方程0d d 222=?θθm x 截面积为f ，周长为U 的等截面体，其导热系数为λ，W/(m·℃)，两端分别与相距L 的两大平壁相连接，平壁保持定温t w1和t w2，园棒与空气接触，空气温度为t f （设t w1＞t f ＜t w2＝，棒与 空气的对流换热系数为α ，W/(m 2·℃)，见图1-2，求： (1) 棒沿x 方向的过余温度θ = t – t f 分布是：θ =θ (x )； (2) 分析沿x 方向，棒的温度分布曲线的可能形状。分析各参数：L 、U 、f 、λ、α、t w1、t w2、t f 对温度分布的影响； (3) 棒的最低温度截面的位置表达式(当0＜x ＜L 存在最低温度值时＝； (4) 棒两端由壁导入的热量Q 1及Q 2。 2. 练习 直径为25mm ，长为300mm 的钢棒[λ=50W/(m·℃)]，两端分别与大平壁相连接。平壁保持定温t w1=200℃，t w2=150℃，钢棒向四周空气散热，空气温度为t f =20℃，对流换热系数为1. 风机；2. 风道；3. 等截面伸展体；4. 主加热器；5. 测温热电偶；6.付加热器； 7. 热电偶拉杆及标尺； 8. 热电偶冷端；9. 电位差计； 10. 电压表；11. 风机变速开关；12. 调压变压器 图1-1 伸展体传热特性实验装置及测量系统图 图1-2
附件2 申请培养博士研究生 指导教师简况表 申报学科一级学科名称：动力工程及工程热物理二级学科名称：化工过程机械 申请人 姓名：罗小平 所在学院：机械与汽车工程学院 华南理工大学学位办公室 2010年 3 月 16 日填 填表说明 一、封面上学科专业名称按照《华南理工大学博士学位授权点一览表》填写。 二、科研成果统计时间为2005年3月至2010年2月（所在学院学位评定分委员会有特殊要求的以分会的要求为准），所填报成果应与申报学科相关，本人应为成果的主要获得者。其中： 1．近五年符合博导遴选条件的论文限填15篇，且应与基本情况统计表中所填的数据相对应。填写时请按论文水平和重要程度排序，并在论文类型栏中注明为三大索引的何种索引(三大索引指SCI、 EI、ISTP, 确认范围：三大索引印刷版、三大索引光盘版、SCI网络版、ISTP网络版)、国外刊物、统计源期刊、核心期刊，非统计范围、非时限内
及与申报专业无关的论文不得填报。 2．对于论文不重复统计，即统计论文时，首先统计三大索引，在剩下的论文中再统计核心期刊或统计源期刊数。 3．对于录用的论文不予统计，以刊物正式出版为准。 三、科研项目统计时间为2005年3月至2010年2月（所在分会有特殊要求的以分会的要求为准）。科研项目只填报本人主持项目（重大项目的子项目主持，经费填本人承担部分）。 四、本表填写内容必须属实并符合规定的统计时间和统计范围。 五、本表一律用Word格式编辑，必须保持原格式不变,字体为宋体五号字，纸张限用A4规格。请用计算机打印，字体要清晰，装订要整齐。
华南理工大学2010年申请培养博士生导师基本情况统计表
第32卷第4期2010年8月 沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang Un i v ersity of Tec hnology V o l 132No 14Aug 12010 收稿日期:2009-11-17. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(20676039). 作者简介:罗小平(1967-),男,江西南昌人,教授,主要从事微尺度相变传热机理等方面的研究. 文章编号:1000-1646(2010)04-0470-05 E HD 强化微细槽道相变传热及混沌特性 罗小平,戴 勇 (华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510640) 摘 要:为研究电水动力学(E HD)强化微细槽道相变传热机理,以去离子水为工质,在横截面分别为2mm @2mm 和3mm @3mm 的微细槽道内对E HD 强化微细槽道相变换热进行了实验研究.利用李雅普诺夫指数、关联维数和熵对2mm @2mm 微细槽道进出口压差的时间序列进行混沌特性分析.试验结果表明,施加电场作用时动力系统的混沌程度比不施加电场时高,说明在施加电场作用时,试验段的沸腾传热得到了强化,从动力学角度证明了施加电场能起到强化微细槽道相变传热的作用. 关 键 词:微细槽道;相变传热;热流密度;传热系数;强化传热;混沌特性;压差;时间序列; 电水动力学 中图分类号:TK 124 文献标志码:A EHD enhance m en t of phase 2change h ea t transfer i n m icro channels and its chaotic character istic L UO X iao 2pi n g ,DA I Yong (School ofM echan ica l and Auto moti ve Engi neeri ng ,Sout h Ch i na Un i ve rsity of Technol ogy ,Guangzhou 510640,Ch i na) Abstr act :In order to study the E HD enhance mentmec hanis m of phase 2change heat transf er i n m i c ro 2channe ls , t h e exper i m enta l researches on the EHD enhance m ent of phase 2change heat transf er i n m i c ro 2channe ls were carried out w ith the deion ized water as worki n g fluid ,where every m icro 2channe l has a cross 2section of eit h er 2mm @2mm or 3mm @3mm.The chaotic characteristic ana l y sis on t h e ti m e sequence of diff erentia lpressure i n the m icro 2channel with t h e cross 2section of 2mm @2mm was perf or m ed w it h Lyapunov exponen,t corre la 2ti o n d i m ension and Kol m ogorov entropy .The experi m enta l resu lts sho w that t h e chaotic level i s largerwhen the electric field is i m posed on the syste m.Itmeans that the boili n g heat transf er of test secti o n gets enhanced due to the i n troduction of e lectric fie l d .It is de monstrated fr o m the dyna m ic vie w t h at the i n flicti o n of e lectric fie l d can enhance the phase 2change heat transfer in m i c ro channe ls .K ey w ord s :m icro channe;l phase 2change heat transf er ;heat flux ;heat transfer coeffic ien;t heat transf er en 2 hance men;t chaotic characteristic ;dif ferential pressure ;ti m e sequence ;E HD 电水动力学(E HD)[1] 强化传热是在流体中施 加电场,利用电场、流场和温度场之间的相互耦合作用而达到强化传热的一种主动强化传热方法.加入电场作用后,微细槽道内的相变传热机理变得更加复杂,目前尚不能以精确的数学表达式描述流动换热特征,因此,从瞬态流动行为研究相变传热具有一定的意义.对于系统的瞬态行为,可以通过不 同的理论方法进行研究,如统计分析、谱分析和混沌分析等.由于表征混沌系统的Lyapunov 指数、维数和熵具有明确的物理意义,如Lyapunov 指数的正负说明系统是否进入混沌状态;维数表示了系统的自由度;熵反映了系统的混乱度.因此,可以使用混沌理论从新的角度认识复杂的相变流动,并理解压差的动态行为.文献[2]对016mm @210mm 矩形
纳米技术在传热中的应用 摘要：随着半导体技术的飞速发展，器件的尺寸已进入到微/ 纳米尺度。由于量子 效应、表面及界面效应，使得微尺度下的热物性与宏观尺度下有了明显的区别。人们针对微观传热领域的特点，发展了声子玻尔兹曼传输方程、分子动力学等方法，取得了一定的成果，但仍存在不少问题。本文综述了当前研究的现状，以及目前所面临的挑战和问题。 关键字：纳米技术强化传热导热对流辐射 前言： 随着科学技术的发展和能源问题的日益突出，热交换系统的传热负荷和热强度日益增大，这就对强化传热技术提出了更高的要求。而传统的纯液体换热工质(如水、油、醇等)已很难满足一些特殊条件下的传热和冷却要求，因此，研制导热系数高、传热性能好的高效新型换热工质是当前强化传热技术的重点。 纳米技术是在前沿科学的基础上发展起来的高新技术，其研究与开发还处于起步阶段。纳米材料由于量子尺寸效应、小尺寸效应、表面界面效应、量子隧道效应等，使纳米材料在力学性能、电学性能、磁学性能、热学性能等方面与传统的固体材料有着不同的特殊性质，使其成为了近十年来材料科学与工程的新兴领域，被誉为21世纪最有前途的材料，有着极为广泛的市场应用前景。如何充分利用纳米材料已知和仍然未知的特殊性能以拓展其应用领域是目前摆在国内外科研工作者面前急需解决的问题。 国内外研究现状： 1995年，美国Argonne国家实验室的Choi[1]等人首次提出了一个崭新的概念———纳米流体：即以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子，形成一类新的传热冷却工质。Choi和Eastman[2]等人分别测试了Cu-水、Cu-机油、Al2O3、SiO2-水、TiO2-水等纳米流体导热系数。实验结果表明，以不到5%的体积比在水中添加氧化铜纳米粒子，形成的纳米流体导热系数比水提高60%以上。 Eastman 等[3]采用气相沉积法制备了CuO/ 水、Cu/ 机油、A12O3/ 水等几种纳米流体，通过电镜观察及静置实验发现，纳米流体悬浮液中粒子分散性较好、悬浮稳定性较高。Wilson 等[4]通过浓缩金属盐制备金属纳米粒子，用该方法制备了AuPd合金胶状颗粒，其TEM 照片表明纳米粒子分散均匀且具有非常窄的尺度分布。可见，单步法把纳米粒子的制备与纳米流体的制备结合在一起，所制得的纳米颗粒粒径小，纳米颗粒在流体中分散好，无需加入分散剂或改性处理就能得到稳定悬浮的纳米流体。但是该方法适合在低蒸汽压的流体中制备含金属粒子的纳米流体，并且对设备要求较高，费用高，产量小，不易于工业化生产。 Liu[5]等人研究了悬浮液内固体颗粒的体积含量和颗粒尺寸对其在流动中引起的压力降带来的影响，结果表明当悬浮液的固相体积含量小于20%时，与单项流体相比，悬浮液流动引起的压力降并无明显增加。根据这一结果，Choi认为使用纳米流体作为传热介质，在提高传热系数时，可显著节约泵动力，这将导致开发高效热流体重大的技术突破，把纳米流体应用于新型换热器，可减少尺寸和重量、降低运行成本、提高总体性能。 谢华清[6]等把纳米Al2O3、SiC 粉体，在分散剂的作用下，通过超声、磁力搅拌分散到水、乙二醇、泵油中制得纳米流体;宣益民[7]等把金属Al、Cu 纳米粉体，在分散剂的作
3国家自然科学基金重大资助项目(59995550-2),国家重点基础研究发展规划项目(G1999033106)收稿日期:2001-11-26 收修改稿日期:2002-03-18 微尺度热科学及其在MEMS 中的应用 王沫然,李志信 (清华大学工程力学系,北京 100084) 摘要:主要介绍了微尺度热科学最新研究成果及其在M EMS 中的应用。微电子机械系统 (M EMS )的高速发展为微尺度物理现象及其内在机理的研究提供了机遇和挑战。微尺度热科学是微尺度物理学的一个重要分支,包括微尺度传热学、微尺度动力学和微尺度热测量学等。一般来说,微尺度热现象的尺度效应可以归结为热流密度大和热惯性小这两个特点,在M EMS 器件中有广泛的应用。尽管近年来微尺度热科学取得了快速的发展,但仍处于不断发展的阶段;完整的理论体系还没有建立;微尺度下成熟的实验方法还在摸索中,实验数据处在原始积累阶段;大规模计算条件的实现和分子水平的数值模拟方法为问题的解决提供了另一条途径。关键词:MEMS;微尺度热科学;尺度效应中图分类号:T K16;TH20 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2002)07-0001-04 Microscale Thermal Science and its Applications in MEMS W ang Moran ,Li Zhixin (Department of Engineering Mechanics ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China ) Abstract :This paper introduces the newest results of recent research on microscale thermal science and its applications in MEMS.The development of Micro -Electro -Mechanical -Systems provides opportunities and challenges for the in 2vestigation of microscale physical phenomena and mechanism.Microscale thermal science is one of important branches of the microscale physics ,which includes microscale heat transfer ,microscale power science ,microscale thermal measurement and so on.In general ,size effects of meicroscale thermal phenomena are high heat flux density and small thermall science is in the ascendant and has a lot of work to do :a completed theoretical system has not been established ;there are few ripe ex 2perimental methods and not enough original experimental data ;the large -scale computing level and molecule -based sim 2ulating methods give us another way to research in microscale.K ey Words :MEMS ;Microscale Thermal Science ;Size E ffect 1 第7期?传感器技术?