PO6013 微尺度流动与传热

小尺度管壳式换热器流动和传热数值模拟洪文鹏;辛凯【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2013(040)004【摘要】Through symmetry simplification,the heat transfer model of small shell-and-tube heat exchanger was established; and basing on the Simple algorithm,RNG k-ε equation,porous medium model,enhanced wall function,finite volume method and the structured grid,the discrete control equation was dispersed to solve three-dimensional N-S equations and energy equations so that the heat transfer process of the fluid flow in shell can be simulated; and in the case of keeping constant tube diameter and 1.2,1.4 and 2.0 pitch diameter ratio,the distribution pattern of both flow and temperature fields was analyzed,including the key factors that affecting heat transfer pedormance.The results show that,at the same boundary conditions,the smaller pitch diameter can result in eddy current around the tube wall,this can bring higher heat transfer performance,larger turbulence intensity and tube bundle erosion which can decrease the device service life.%通过对称性简化,建立了小尺度管壳式换热器的传热模型.基于Simple算法,采用RNG k-ε方程、多孔介质模型和增强壁面函数法,结合有限体积法及结构化网格对控制方程进行离散,求解三维N-S方程和能量方程模拟了流体在壳程流动的传热过程,在管径不变的情况下,针对节径比分别为1.2、1.4和2.0下的流场及温度场的总体分布规律进行分析,对影响其传热性能的关键因素进行了探讨.结果表明:在相同边界条件下,设计较小的节径比,易在管壁周边形成涡流,换热器的传热性能指标较高,但湍流强度过大,流体剧烈冲刷管束,将对设备的寿命产生影响.【总页数】5页(P471-475)【作者】洪文鹏;辛凯【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院;东北电力大学能源与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5【相关文献】1.管壳式换热器流动与传热的三维数值模拟 [J], 俞接成;诸葛一然2.管壳式换热器壳侧不同折流板形式下流体流动与传热数值模拟 [J], 郭梦军;刘红姣;晋梅3.纵流式管壳式换热器传热与流动特性的3D数值模拟研究 [J], 吴志伟;洪宇翔;杜娟4.基于Fluent的管壳式换热器壳程流体流动与传热数值模拟 [J], 栾艳春;陈义胜;庞赟佶5.管壳式换热器壳程流体流动与传热数值模拟研究 [J], 吴昊鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

《微管道中纳米流体流动及传热研究》篇一一、引言随着微纳科技的飞速发展，微管道中纳米流体的流动与传热研究已成为科研领域的热点之一。

微管道内流体的流动和传热行为直接关系到众多工程应用领域，如微电子冷却、生物医药传输、能源存储等。

而纳米流体的引入，由于其出色的热物理性质和导热性能，显著地提升了传统流体的传热效果。

本文将详细阐述微管道中纳米流体的流动特性和传热机理，旨在为相关研究提供理论基础和实践指导。

二、微管道中纳米流体的流动特性在微尺度下，纳米流体的流动特性与宏观尺度下的流体有所不同。

首先，由于纳米粒子的存在，纳米流体具有更高的粘度，这使得流动阻力增大。

然而，在微管道中，这种增大的阻力反而有助于提高流体的层流性，减少湍流的发生。

此外，纳米粒子的布朗运动也会对流动产生影响，使得流体在微管道中的流动更加复杂。

针对上述问题，我们采用分子动力学模拟和实验研究相结合的方法，对微管道中纳米流体的流动特性进行了深入探究。

研究结果表明，在一定的雷诺数范围内，纳米流体的流动表现出较好的层流性。

此外，随着纳米粒子浓度的增加，流动的阻力也会逐渐增大。

三、微管道中纳米流体的传热机理纳米流体在微管道中的传热机理主要涉及两个方面：一是纳米粒子的导热作用；二是流体与管道壁面的热交换。

由于纳米粒子具有较高的导热系数，它们在流体中能够有效地传递热量。

同时，在微尺度下，流体与管道壁面的热交换也更加迅速。

我们通过实验和数值模拟的方法，对微管道中纳米流体的传热性能进行了研究。

结果表明，在一定的流量和温度条件下，纳米流体的传热性能明显优于传统流体。

此外，我们还发现纳米粒子的浓度、粒径以及流体流动状态等因素都会对传热性能产生影响。

四、影响因素及优化策略影响微管道中纳米流体流动和传热的因素较多，主要包括纳米粒子的浓度、粒径、形状、表面电荷等。

此外，流体的流速、温度、压力等也会对流动和传热性能产生影响。

针对这些问题，我们可以采取一系列优化策略来提高纳米流体的性能。

流体动力学中的微尺度流动问题研究引言流体动力学是研究流体力学规律的科学，其应用范围广泛，包括大尺度和微尺度的流动问题。

本文将重点研究流体动力学中的微尺度流动问题，探讨其研究现状、挑战与前景。

1. 微尺度流动问题的研究背景微尺度流动指的是流体在微米尺度下的运动行为，主要包括纳米尺度的流动和微米尺度的流动。

随着纳米技术的发展和应用，微尺度流动问题受到了越来越多的关注。

微尺度流动具有许多特殊的物理现象和力学行为，与传统的宏观流体动力学存在很大差异，因此需要深入研究微尺度流动问题。

2. 微尺度流动问题的研究现状目前，微尺度流动问题的研究主要集中在以下几个方面：2.1 界面效应在纳米尺度下，由于表面张力和壁面效应的存在，流体的流动行为受到界面效应的显著影响。

研究人员通过理论模拟和实验测试，探究了界面效应对微尺度流动行为的影响，并提出了相应的理论模型和数值计算方法。

2.2 湍流效应与宏观流体动力学不同，纳米尺度下的流体流动通常是属于稳态流动，很少出现湍流现象。

然而，在特定条件下，纳米尺度流动中的湍流效应仍然存在，并且具有一些特殊的现象和行为。

研究人员通过实验观测和数值模拟，探索了纳米尺度流动中湍流效应的机制和规律。

2.3 分子扩散效应由于纳米尺度流动中分子的热运动，分子扩散效应在微尺度流动问题中起着重要作用。

研究人员通过理论推导和数值计算，研究了纳米尺度下的分子扩散行为，并提出了相应的模型和方法。

2.4 液体晶体流动液体晶体是一种介于晶体和液体之间的形态，具有特殊的流动行为和力学性质。

研究人员通过实验和理论模拟，研究了液体晶体在微尺度下的流动行为，并提出了相应的理论描述和数值计算方法。

2.5 生物流体力学微尺度流动问题在生物学和医学领域中具有重要的应用价值。

研究人员通过实验和理论研究，探究了微尺度流动在生物体内的行为和作用机制，以及其在疾病诊断和治疗中的应用前景。

3. 微尺度流动问题研究的挑战尽管微尺度流动问题受到了广泛的关注，但在研究过程中仍然存在许多挑战：3.1 实验条件的限制由于微尺度流动问题是在纳米或微米尺度下进行研究，需要使用高精度的实验设备和技术。

《微管道中纳米流体流动及传热研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，纳米流体作为一种新型的传热介质，因其高导热性、良好的稳定性和较大的比表面积等特性，在微管道流动与传热领域得到了广泛的研究和应用。

微管道中纳米流体的流动及传热研究，不仅有助于理解纳米流体在微观尺度下的流动规律和传热机制，还能为纳米流体的实际应用提供理论依据和技术支持。

二、微管道中纳米流体的流动特性1. 流动模型微管道中纳米流体的流动受多种因素影响，包括流体本身的物理性质、管道尺寸、形状以及流动条件等。

为了准确描述纳米流体在微管道中的流动特性，研究者们建立了多种流动模型。

这些模型主要基于纳米流体的导热系数、粘度等物理性质，以及微管道的几何尺寸和形状进行描述。

2. 流动特性分析在微管道中，纳米流体的流动特性主要表现为层流和湍流两种形式。

在层流状态下，纳米颗粒在流体中呈现有序排列，有利于提高传热效率。

而在湍流状态下，纳米颗粒的随机运动增强了流体与管道壁面的热量交换。

此外，纳米流体的粘度、表面张力等物理性质也会对流动特性产生影响。

三、微管道中纳米流体的传热特性1. 传热机制微管道中纳米流体的传热机制主要包括对流换热和导热。

对流换热主要发生在流体与管道壁面之间，而导热则主要发生在纳米颗粒之间以及纳米颗粒与流体之间的热量传递。

此外，纳米流体的高导热性和较大的比表面积也有助于提高传热效率。

2. 传热特性分析纳米流体的传热特性受多种因素影响，包括纳米颗粒的种类、浓度、大小以及形状，流体的物理性质（如导热系数、粘度等），以及微管道的几何尺寸和形状等。

通过实验和数值模拟等方法，研究者们发现纳米流体的传热性能在一定范围内随着纳米颗粒浓度的增加而提高，但当浓度过高时，纳米颗粒之间的团聚现象会降低传热效率。

四、研究方法及进展1. 实验研究实验研究是微管道中纳米流体流动及传热研究的重要手段。

通过搭建实验平台，研究者们可以观察纳米流体在微管道中的流动状态，测量传热性能等相关参数。

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内容：20世纪60年代，以田长霖教授为代表的热物理学家开始注意到工程中传热问题的尺寸效应，于是微尺度传热学逐渐兴起，并于80年代后期得到迅速发展。

微机电系统中的流体流动与传热特性研究微机电系统（Microelectromechanical Systems，简称MEMS）是一门涉及多学科的领域，综合了微电子技术、机械工程和流体力学等学科知识。

在这个领域中，流体流动与传热特性研究是非常重要的一部分。

一、概述微机电系统中的流体流动与传热特性研究是为了解决微尺度下流体流动和传热的问题。

由于微机电系统的尺度非常小，对流体流动和传热的机理和特性有着独特的影响。

因此，深入研究微机电系统中的流体流动和传热特性，对于改进微机电系统性能、提高其稳定性和可靠性具有重要意义。

二、微尺度流体流动特性微机电系统中的流体流动通常发生在微孔、微通道等微型结构中。

与宏观尺度下的流体流动不同，微尺度流体流动主要受到表面张力、毛细作用和静电作用等微观尺度的影响。

此外，流体的黏性、速度梯度和流动模式也对微尺度流体流动特性起着重要作用。

三、传热特性的研究在微机电系统中，由于流体流动速度较小、流道尺寸较小以及高比表面积的特点，传热的方式也与宏观比较有所不同。

微机电系统中的传热主要通过传导和对流来实现。

而且，由于流道尺寸的减小，传热的表面积增大，从而提高了传热效率。

然而，由于微尺度下流体流动和传热的复杂性，传热特性的研究还存在一些挑战，需要进一步深入的研究。

四、应用领域微机电系统中的流体流动和传热特性研究在许多领域中具有广泛的应用。

例如，在微通道换热器中，利用微尺度下的流体流动和传热特性，可以提高换热效率，进一步应用于电子设备的散热系统中，提高设备的稳定性和可靠性。

此外，微机电系统中的流体流动和传热特性研究还在生物医学、环境监测、化学反应等领域中发挥着重要的作用。

五、未来挑战和研究方向虽然在微机电系统中的流体流动和传热特性研究已经取得了一些进展，但仍然面临一些挑战。

随着微尺度下流体流动和传热研究的不断深入，我们需要更好地理解微尺度下流体流动和传热的机理，开发更精确的数值模型和实验方法，以推动这个领域的发展。

微纳米尺度流动与传热传质基础
微纳米尺度的流动与传热传质基础是一个复杂的学科领域，它涵
盖了不同的领域如微流体力学、传热传质、生物化学、材料科学等。

这个领域的研究对科技领域有着巨大的影响，因为它可以给人们带来
更小、更快、更有效的技术方案。

首先，我们来谈谈微纳米尺度的流动。

在微纳米尺度下，流体遵
循的是微观运动学原理，与宏观流体力学不同。

流动的介质是极小的、具有高表面活性和流体分子之间相互作用的物质，如气体、液体和悬
浮液。

微观尺度下，一些特殊现象如界面现象、毛细现象和饱和悬浮
等在流动中变得更加明显。

流体与控制介质界面的形状和内部运动也
是微观尺度流动的重要特征。

其次，微纳米尺度的传热传质也是一个重要的领域。

在微观尺度下，热传递是通过分子间的能量传递来实现的。

在微观尺度下，物态
变化也会对热传递产生巨大影响，如气态、液态和固态之间的相变。

热传递方式包括传导、对流和辐射。

同时，由于微纳米尺度下表面积
相对较大，因此表面效应和相互作用在传热传质过程中也是非常重要的。

最后，我们谈论微纳米尺度流动与传热传质的应用。

微纳米科技
在生物医学和环境监测方面有着广泛的应用，例如微型分析仪器、悬
浮液调制和细胞操作体系等。

在电子学和热管理领域，微纳米技术也
具有很高的价值，例如光纤通讯、光电处理和半导体热管理等。

综上所述，微纳米尺度流动与传热传质基础是一个复杂的学科领域，从理论研究到实际应用都具有非常重要的意义。

我们可以预见这
个领域在未来将对科技进步和产业发展产生更多的贡献。

《微管道中纳米流体流动及传热研究》篇一一、引言随着微纳科技的飞速发展，微管道中纳米流体的流动与传热研究逐渐成为科研领域的热点。

纳米流体作为一种新型的传热介质，因其具有优异的导热性能和良好的稳定性，在微电子、生物医疗、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在探讨微管道中纳米流体的流动特性及传热机制，以期为相关领域的应用提供理论支持。

二、纳米流体概述纳米流体，顾名思义，是以纳米尺度粒子为基础的流体。

这些纳米粒子通常具有高导热性、大比表面积等特点，能够显著提高流体的导热性能。

通过将纳米粒子添加到基础流体中，可以制备出具有优异性能的纳米流体。

由于其优异的性能，纳米流体在微电子冷却、太阳能利用、生物医学等领域具有广泛的应用。

三、微管道中纳米流体的流动特性微管道中纳米流体的流动特性受多种因素影响，包括纳米粒子的性质、浓度、管道尺寸、流速等。

首先，纳米粒子的存在会改变流体的粘度、表面张力等物理性质，进而影响流动特性。

其次，管道尺寸对流动的影响也不可忽视。

在微尺度下，流体与管道壁面的相互作用增强，流动表现出明显的层流和湍流特性。

此外，流速也是影响流动特性的重要因素，高流速下纳米流体的流动更加稳定。

四、微管道中纳米流体的传热机制微管道中纳米流体的传热机制涉及流体与管道壁面的热量传递、纳米粒子的导热作用以及流体内部的湍流扩散等因素。

首先，纳米粒子的高导热性使得流体内部热量传递更加迅速。

其次，在微尺度下，流体与管道壁面的热量传递效率显著提高，有利于提高整个系统的传热性能。

此外，湍流扩散也有助于增强流体内的热量传递。

这些传热机制共同作用，使得纳米流体在微管道中具有优异的传热性能。

五、实验研究与数值模拟为了深入探究微管道中纳米流体的流动及传热特性，实验研究与数值模拟是两种常用的研究方法。

实验研究主要通过搭建实验平台，观察和分析纳米流体在微管道中的流动及传热现象。

数值模拟则借助计算机软件，建立数学模型，对纳米流体的流动及传热过程进行模拟和分析。

第二章实验设计
恒温控制单元
图２．１实验系统图（单微通道）
图２．２单微通道实验段结构图
实验过程如下：
●向储液容器中装入去离子水，约占容器总容积的８０％。

·设定恒温控制单元的温度为９５。

Ｃ，如此高的温度可使液体中的不凝结性气体排出。

●密闭储液容器，从液面顶部通入高压氮气，由精密压力调节阀控制所需
的实验压力，容器中的液体温度由恒温控制单元ＰＩＤ控制。

●打开系统管路阀门，使液体流过实验段，逐渐增加加热功率。

质量流速
通过精密电子天平由称重法得到，加热功率由功率计直接读出。

２３
中国科学技术大学博士学位论文
图２．５微槽道换热器立体结构图
§２．２测试技术
实验需要测量的主要参数有：微尺度通道的壁面温度，工质的进出口温度，工质流量，电加热功率，实验段的压力等‘”。

温度的测量：
均由Ｋ型热电偶测得，热电偶的精度为Ｏ．１℃，所有热电偶在安装前都经过校验。

压力和压差的测量：
采用压力传感器（ｓｅ仃ａｓｙｓｔｅｍＭｏｄｅｌ２０６）测量实验段的进口压力，精度为Ｏ．５％ＦＳ。

采用压差变送器（ＤＰｌ３００一ＤＰ５５Ｅ２２Ｍ４Ｄ１）测量实验段的进出口压差，精度为０．５％ＦＳ。

流量的测量：
采用转子流量计和电子天平。

转子流量计读数经高精度电子天平（ＪＪｌ０００）
２６。

速度滑移和温度阶跃对微尺度流动和换热的影响孙宏伟;顾维藻;刘文艳【期刊名称】《工程热物理学报》【年(卷),期】1998(19)1【摘要】Based on the assumption of locally fully developed flow and slip-fiow theory, we preseota method to simulate the heat transfer and momentum exchange of gas with a solid surfacein micro-channels, and the method was proved by comparing with Pfahler’s exprimentalresults. Effect of the gas compressiblity and slip-flow on the skin friction was discussed indetail, the result demonstrates that Knudsen number should be considered in the analysisof flow in micro-domains. In the second part, the temperaturedump theory was studiedto explain the abnormal phenomina which is different from that of macro-scale channels.Some important conclusions of momentum and heat transports in microscale channels wereobtained.【总页数】4页(P94-97)【关键词】速度滑移;温度阶跃;微尺度流动;微尺度换热器【作者】孙宏伟;顾维藻;刘文艳【作者单位】中国科学院工程热物理所【正文语种】中文【中图分类】TK124;TK172【相关文献】1.微尺度下速度滑移对油墨流动特性的影响 [J], 初红艳;赵丕乐;蔡力钢2.定热通量加热下微三角形槽道中滑移流动的换热特性 [J], 朱恂;辛明道3.不同热流下平行平板微槽内流体滑移流动与层流换热 [J], 朱恂;辛明道;廖强4.矩形微通道内滑移区气体流动换热的数值模拟 [J], 柏巍;王秋旺;王娴;陶文铨5.非均匀加热条件下微矩形槽道内的滑移流动换热特性 [J], 朱恂;廖强;辛明道因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。