微尺度流动与换热研究进展

纳米流体强化微尺度换热的研究进展王振;武卫东;周志刚【摘要】综述了纳米流体强化微尺度换热的研究进展。

总结了近几年纳米流体应用于微尺度换热器中的实验研究。

从两方面对纳米流体强化微尺度换热的机理进行了分析：纳米颗粒本身对换热特性的强化；纳米颗粒改变换热表面特性对换热的强化。

介绍了纳米流体强化微尺度换热的数值模拟研究。

指出了当前研究中存在的问题和不足，并对今后的研究工作进行了展望。

%Research on micro-scale heat transfer enhancement of nanofluids was described. The latest re-search develoPments of the exPerimental study on nanofluids used in microscale heat exchanger were sum-marized. The mechanisms of nanofluids enhancing micro-scale heat transfer could be divided into two divi-sions,the nanoParticles themselves and nanoParticle changing the surface ProPerties of heat transfer. The numerical simulations of nanofluids enhancing micro-scale heat transfer were introduced. The Problems and deficiencies that existed in the current research were Pointed out,and the ProsPect of future work were analyzed.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】5页(P1314-1318)【关键词】纳米流体;微尺度;强化传热;研究进展【作者】王振;武卫东;周志刚【作者单位】上海理工大学制冷与低温工程研究所，上海 200093;上海理工大学制冷与低温工程研究所，上海 200093;上海理工大学制冷与低温工程研究所，上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TQ021.1;TK021.3随着科技的不断发展，热交换系统的换热负荷日益增大，同时对换热设备的尺寸要求也越来越严格。

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。

文章编号：1008 − 8857(2020)03 − 0154 − 08DOI: 10.13259/ki.eri.2020.03.005微纳尺寸微通道流动与换热研究综述张 灿，祁影霞（上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093）摘　要：为了更好地了解近年来微通道研究的发展状况，基于微通道两个不同的尺度级别（微米级、纳米级），对国内外相关研究成果进行了综述。

通过对比分析发现，学者们对影响微通道流动与换热的因素，如工质侧的工质种类、微通道侧的通道结构、制作材料以及微尺度效应等进行了研究，但有些结论仍存在争议，甚至部分结果之间相互矛盾。

在纳米通道的研究中，由于无法进行实验研究，数值模拟方法得到了广泛的应用；并且在大部分研究中主要采用分子动力学方法；在纳米通道内原子势能对换热性能产生了较大影响。

关键词：微通道；纳米通道；流动；换热中图分类号：TK01 文献标志码：AReview on the flow and heat transfer inmicro and nanochannelsZHANG Can，QI Yingxia(School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)Abstract：In order to better understand the recent development status on micro and nanochannels research, the review on the channels at micro and nano levels at home and abroad was performed. Based on the comparative analysis, it could be found that the influential factors such as working fluid type, channel structure, materials and micro scale effect were studied in detail to reveal the flow and heat transfer characteristics. Some conclusions were much debated. In particular, part of them had the contradiction. As for the nanochannels, because of the difficulty in carrying out the experimental studies, the numerical simulation methods were widely adopted. In most of the research, molecular dynamics method was used. In the nanochannels, the atomic potential energy had a great influence on the heat transfer performance.Keywords：microchannel; nanochannel; flow; heat transfer随着科技的不断进步与发展，器械元件趋向于集成化、微小化、紧凑化。

微型气体液体两相流动传热特性模拟与实验研究气体和液体是常见的两种物质，在自然界和工业生产中都有着广泛的应用。

当气体和液体混合流动时，会形成气体液体两相流。

气体液体两相流传热特性的研究对于优化工业生产、提高能源利用率以及保障安全生产具有重要意义。

本文将就微型气体液体两相流动传热特性模拟与实验研究进行探讨。

一、微型气体液体两相流动概述微型气体液体两相流动是指在微观尺度下，气体和液体分别以微小的流速混合流动的状态。

早期的研究主要集中在理论分析上。

随着软件技术和计算机技术的发展，数值模拟成为研究微型气体液体两相流动传热特性的重要手段。

同时，实验研究也在不断深入。

二、微型气体液体两相流动传热特性模拟研究微型气体液体两相流动的传热特性主要涉及相变热、传热系数和传热流量等参数。

传热系数和传热流量是刻画微型气体液体两相流动传热性能的重要指标，其大小直接影响到传热效率和传热强度。

在模拟研究中，流动形态的变化、界面形态的变化和二次流等因素都会影响微型气体液体两相流动的传热特性。

一些研究采用了数值模拟的手段，通过计算流体在微观尺度下的运动状态来分析微型气体液体两相流动的传热特性。

其中，基于体积法的Euler-Lagrange算法和基于界面跟踪方法的VOF算法是当前最常用的模拟手段。

三、微型气体液体两相流动传热特性实验研究实验研究是研究微型气体液体两相流动传热特性的重要手段之一。

通过对微型气体液体两相流动的实际测试，可以获得更加准确、真实的传热特性数据。

同时，在实验研究中还可以加入一些辅助手段，如红外热成像技术、热电偶测温技术、激光共振技术等，以更加深入地研究微型气体液体两相流动的传热特性。

当前，在微型气体液体两相流动传热特性实验研究中，多数研究采用微流控芯片来实现微型气体液体两相流动的实验研究。

这是因为微流控芯片具有结构简单、尺寸小、重复性好等优点，并且其制造过程可以采用微影技术。

四、微型气体液体两相流动传热特性模拟与实验研究的应用微型气体液体两相流动传热特性模拟与实验研究的成果为工业生产的优化提供了重要支撑。

沸腾两相流微尺度强化传热机理研究与预测模型的开题报告一、研究背景和意义沸腾两相流微尺度强化传热机理是研究领域的热点和难点之一。

在工业生产和科研领域中，沸腾两相流传热问题不仅在石油化工、核工业、电力工业等领域中广泛用于测量和优化系统的传热性能，还是近年来许多新型加热技术（如超级导体、高温等离子体工程等）中必不可少的手段。

沸腾两相流传热机理研究的提升对于优化工业生产过程、解决环境问题、提高人类能源利用效率方面具有重要的理论价值和现实意义。

目前，在沸腾两相流传热领域，微观尺度强化传热机理是一个极具挑战性的问题。

喀斯特效应、纳米颗粒沸腾等效应等都是微观尺度传热机理的热点研究方向。

二、研究目的本研究旨在研究沸腾两相流微尺度强化传热机理及其预测模型，探索微观尺度沸腾两相流传热过程和机理，为未来沸腾两相流传热的理论和工程应用提供有力的支持。

三、研究内容本研究主要包括以下内容：1. 沸腾两相流传热基本原理研究：重点研究在微观尺度下的沸腾两相流传热机理，探讨微观环境对强化传热的影响。

2. 微观沸腾两相流传热实验研究：建立微观沸腾两相流传热实验系统，探讨滴流沸腾、纳米颗粒沸腾等机理及其传热特性。

3. 微观沸腾两相流传热预测模型研究：通过数学模型和计算机模拟，对沸腾两相流传热机理进行预测模型的建立和验证，为工程应用提供理论依据。

四、研究方法和技术路线本研究主要采用以下方法和技术路线：1. 理论研究：梳理和分析相关文献，研究微观沸腾两相流传热机理及其影响因素。

2. 实验方案设计：设计微观沸腾两相流传热实验系统，确定实验参数和测量方法。

3. 实验研究：根据实验方案，开展仿真实验和数据采集，获取实验数据，对实验数据进行分析和处理。

4. 模型建立和验证：基于实验数据，建立微观沸腾两相流传热预测模型，通过计算机模拟进行验证。

五、研究进展和预期成果本研究已进行了相关文献调研和实验方案设计，并进行实验设备的采购和搭建工作。

预计在未来的研究中，将先进行实验研究，进而建立微观沸腾两相流传热预测模型，并最终在模型的基础上提出相应的优化措施，以提高沸腾两相流传热的机理和效率。

《微尺度下非线性流动特征及降低流动阻力的研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，微尺度下的流体流动现象逐渐成为研究热点。

在微尺度环境中，非线性流动特征显著，且流动阻力问题尤为突出。

本文旨在探讨微尺度下非线性流动的特征，并进一步研究降低流动阻力的方法，以期为微流控技术的发展与应用提供理论支持。

二、微尺度下非线性流动特征1. 微尺度效应在微尺度环境中，流体受到的力场、热场及物理边界的影响显著增强，导致流动表现出明显的非线性特征。

流体在微通道中的流动受到尺度效应的影响，其速度分布、压力分布及流动稳定性等方面均与宏观流动存在显著差异。

2. 非线性速度分布在微尺度下，流体速度分布不再遵循宏观流动中的抛物线型分布，而是呈现出更为复杂的非线性特征。

这种非线性速度分布会影响流体的传输效率及混合效果，对微流控器件的性能产生重要影响。

3. 边界效应由于微通道的尺寸较小，流体与壁面的相互作用增强，导致边界效应显著。

这种边界效应会影响流体的流动状态，使其更接近壁面的流体速度减小，中心区域的流体速度增大，从而进一步加剧了非线性流动的特征。

三、降低微尺度流动阻力的方法1. 优化微通道结构通过优化微通道的结构设计，如改变通道截面形状、引入弯曲、分支等结构，可以改变流体的流动状态，降低流动阻力。

此外，合理设计微通道的尺寸，使其与流体分子的平均自由程相匹配，有助于减小分子间的碰撞阻力。

2. 利用表面修饰技术通过在微通道表面引入特定的化学物质或涂层，可以改变表面的润湿性、电荷性质等，从而减小流体与壁面之间的摩擦力，降低流动阻力。

此外，表面修饰还可以改善流体的传输效率及混合效果。

3. 采用磁场力、电渗流等辅助手段通过在微通道中施加磁场或电场，可以利用磁场力、电渗流等辅助手段驱动流体流动。

这种方法可以减小流体与壁面之间的直接接触，从而降低摩擦阻力。

同时，磁场力、电渗流等技术还可以实现流体的精确控制及操作。

四、实验与仿真验证为了验证上述理论及方法的可行性，我们设计了一系列实验及仿真研究。

绪论1、导言自然界各种物体的尺寸可归纳为图1.1，即小可至原子、分子和电子，大则至宇宙，其尺寸覆盖了从纳米(10-9m)到光年这样一个十分广阔的范围。

以往研究得最多的是人类感官所能触及的对象，近几年来自然科学和工程技术发展的一个重要趋势是朝微型化迈进，人们的注意力逐渐从宏观物体转向那些发生在小尺度和／或快速过程中的现象及其相应器件上(见图 1.2),其中微电子机械系统(MEMS)尤其取得了巨大成功，并正被拓展应用于各种工业过程。

这类系统指的是那些特征尺寸在lmm以下但又大于1μm的器件，它集电子及机械元件于一身，并且要通过集成电路制造中所采用的批量加工方法制成。

由图1.1可见，微电子机械系统的尺寸比氢原子直径大四个量级，但又比传统人造器械尺寸小四个量级，纳米器件则进一步推进了微电子机械系统的小型化。

由于现代制造与应用技术的持续进展，“微机械”或“纳机械”的尺寸正以超乎寻常的速度降低，而同时其性能却得到了保持甚至更好，各种令人惊讶的成就比肩接踵。

发展至今，一些真正分子水平上的机器，如转子、齿轮、开关、闸门、转栅、马达等的制作甚至已经成为可能。

正因如此，几乎所有从事微电子机械和纳机械系统研究与应用的人们都相信，一场革命正悄然来临，它不仅仅意味着“能量系统的微型化”，其意义远胜于此，因为建立尽可能紧凑而廉价的系统多少年来一直是工程实践的主旋律，为实现这个目标，人们付出了无数的努力。

在过去二三十年间，为了寻找能够制造充分复杂而精细的电子系统的优良方法，人们投人了大量的时间和经费用于此项技术的研究。

微电子机械系统的影响遍及相当广泛的领域，如仪器、医疗、生物系统、机器人、设计、导航及计算机应用等。

世界范围内的许多著名大学均将微电子机械系统及其学科基础引入其教学和科研项目中，而且为了适应该领域显著的学科交叉特性，许多大学正在设置一些跨系、跨学院的课程，不少发达国家和地区如美国、日本、瑞典、德国、新加坡及中国台湾等的一些重要政府项目，均对微电子机械系统的发展及其相关研究给予了大力支持，比如在美国，早期支持微电子机械系统研究的经费主要来自国家基金会，每年约100万美元左右，之后美国国防部也加入了支持的行列，其资助水平每年每一项目甚至可达5000万美元以上。

微通道换热器的研究进展及其应用前景摘要：随着技术不断发展，微通道换热器同样取得较大的进步发展，且其常规尺寸设备优越性比较突出。

为此，本文先是综述微通道换热器的研究进展，之后从汽车空调、二氧化碳跨临界制冷系统、其他领域三个不同角度探讨微通道换热器的应用，希望可以为相关工作人员提供参考。

关键词：微通道换热器；研究进展；应用；前景微通道换热器是特殊微加工技术的一种，水力当量直径在1mm以内的换热器[1]。

为了实现提高空调系统性能的目标，换热器从以往的管翅式发展为管带式与微通道换热器。

最早微通道换热器被广泛应用在电子领域，但科学技术快速发展的今天，逐步提高了电子产品的集成化水平，因此人们也将为计数应用在散热器中。

微通道换热器在人们不断追求小体积与高性能电子产品背景下应运而生，也正是因为其有着其他设备没有的优势因而得到良好的发展。

1微通道换热器的研究进展人们将涉及到相变传热习惯性成为当量直径3mm以下的通道，称为微通道。

若换热器通道为微通道，那么人们也将其当做微通道散热器[2]。

早在二十世纪80年代时美国有学者已经提出微通道换热结构，该结构构成材料包含了高导热系数材料，且换热底面换热量通过通道壁传至通道内，且其换热性能很显然超过了传统热换手段达到的水平，这一问题让超大规模或大规模集成电路导致的热胀问题逐步得到解决。

随后，有研究者有分析与研究了通道中的单相流，在1985年研制了可以用于两种流体热交换的微通道换热器，且不少研究证实该微通道换热器单位体积换热量达到几十MW/（m2．K）。

90年代后期美国的太平洋西北国家研究所研制可可以成功汽化/燃烧一体的微型热泵与微型装置。

此外，卡尔斯鲁研究中心通过成型工具超精细车削加工器件，将其当做逆流或错流的微换热器。

有研究者分析了平行流式冷凝器热力的性能的理论，并开展相关试验，结果对其性能产生的影响因素，且确认对于一定结构的冷凝器都有一个临界的风速，若其超过了这个值，那么在空气侧阻力增加的前提下换热量基本固定[3]；而在一定的范围中可以通过减小翅片的高度提高换热器的换热量；降低翅片距离有利于增加冷凝器传热面积，增强其换热能力，但空气侧阻力呈增加趋势；每一个优化措施都必须考虑其是否影响其他的参数，而不是单一的方面。

《微尺度模型气体流动机理》篇一一、引言随着科技的进步，微尺度模型在气体流动机理的研究中发挥着越来越重要的作用。

微尺度模型通常指在微小空间内对气体流动进行建模和分析，这涉及到对微观尺度的气体分子运动规律的深入研究。

本文旨在探讨微尺度模型气体流动的理论基础、研究进展以及未来发展方向。

二、微尺度模型气体流动的理论基础1. 分子动力学理论分子动力学理论是微尺度模型气体流动机理的基础。

该理论认为，气体由大量不断运动的分子组成，这些分子之间相互碰撞并传递能量和动量。

在微尺度模型中，这种分子间的相互作用和碰撞对气体流动的影响尤为显著。

2. 纳维-斯托克斯方程纳维-斯托克斯方程是描述流体动力学的基本方程之一，也是微尺度模型中常用的方程之一。

该方程可以用来描述气体在微小空间内的流动规律，包括分子间的相互作用和碰撞等。

三、微尺度模型气体流动的研究进展1. 实验研究实验研究是微尺度模型气体流动的重要手段之一。

通过实验，可以观测到微小空间内气体分子的运动轨迹和相互作用，从而揭示气体流动的规律。

近年来，随着实验技术的不断发展，微尺度模型气体流动的实验研究取得了重要的进展。

2. 数值模拟数值模拟是另一种重要的研究手段。

通过建立微尺度模型，利用计算机进行数值计算，可以模拟气体在微小空间内的流动过程。

这种方法可以大大加快研究进程，提高研究效率。

近年来，随着计算机技术的不断发展，微尺度模型气体流动的数值模拟也取得了重要的进展。

四、微尺度模型气体流动的应用微尺度模型气体流动的应用非常广泛，包括微电子、微机械、生物医学等领域。

例如，在微电子领域，微尺度模型可以用来研究微型器件中的气体流动规律，从而提高器件的性能和可靠性。

在生物医学领域，微尺度模型可以用来研究细胞内外的气体交换过程，从而深入了解生物体的生理机制。

五、未来发展方向未来，微尺度模型气体流动机理的研究将更加深入和广泛。

一方面，随着实验技术和计算机技术的不断发展，我们可以更加精确地观测和模拟微小空间内气体分子的运动规律。

微尺度间距平行平板间的流动稳定性问题摘要微尺度间距平行平板间的流动是一种重要的微观流动，它在实际应用中具有广泛的应用，如微流控芯片、热管理系统和润滑控制系统等。

尽管这种微观流动已经吸引了广泛的研究，但是其流动稳定性问题目前仍然不是确定的。

本文将从微尺度间距平行平板间的流动稳定性问题出发，对该问题的相关研究进展作出一个概述，并总结和归纳已有研究成果。

我们发现，尽管在这个研究领域已经有很多工作，但是仍然有许多问题需要进一步研究和解决。

简介在微尺度间距平行平板间，流体的粘性效应非常强烈，流体微观结构将直接影响流动特性。

在这种情况下，流体的流动稳定性成为了一个重要的问题。

流动稳定性问题已经成为了微观流动和微尺度流体力学研究领域的一个重要问题。

已有研究表明，在微尺度间距平行平板间的流动中，流动的稳定性往往比其他微观尺度下的流动更为复杂。

这是由于微尺度流动中流体对壁面的作用力更为显著，同时微观流动的因素也会对流动稳定性产生很大的影响。

研究进展研究人员已经对微尺度间距平行平板间的流动稳定性问题进行了广泛的研究。

在过去的几十年中，不断有新的方法和理论被提出，以解决这个问题。

下面将分别从实验和数值模拟两方面介绍其研究进展。

实验研究实验领域中，一种流行的研究方法是使用微型通道进行流动实验。

这种方法可以直接观察流体流动形态，并对流动稳定性问题进行分析。

例如，2011年，Liu等人在微型通道实验中发现，尽管表面微凸起纹理的高度仅为1~2微米，但对流动稳定性的影响可以达到48% 。

这一结果表明，微观结构因素对微尺度间距平行平板间流动的稳定性具有显著影响。

数值模拟数值模拟方法已成为了微观流体力学领域中解决流动稳定性问题的主流手段。

目前广泛应用的流体计算方法有热力学模型、分子动力学模型、连续介质模型等。

热力学模型是应用最为广泛的数值计算方法。

用于解决微流通道内的稳态和非稳态流动，并可以预测墙面粗糙度对流动稳定性的影响。

例如，Bian 和 Liu 提出了一种多重网格方法，用于计算微型圆柱周围的流动。