微尺度传热及其研究进展

微纳尺度芯片散热技术探究：解决设备散热难题的新途径Microscale Heat Dissipation in ChipsWith the continuous advancement in chip technology, the miniaturization of electronic devices has become a prominent trend. However, as the size of chips decreases, the issue of heat dissipation becomes increasingly challenging. Efficient heat dissipation is crucial for maintaining the performance and reliability of electronic devices.At the microscale, several techniques are employed to enhance heat dissipation in chips. One common approach is the integration of heat sinks or heat spreaders directly onto the chip surface. These structures provide additional surface area for heat transfer and help dissipate heat more effectively.Another technique is the incorporation of microchannels or microfluidic cooling systems within the chip. These channels allow a flow of coolant, such as liquid or gas, to extract heat from the chip. This method enables localized cooling and can effectively remove heat from hotspots within the chip.Furthermore, the use of advanced materials with high thermal conductivity, such as graphene or carbon nanotubes, has shown promise in improving heat dissipation in chips. These materials can efficiently conduct heat away from the chip, preventing heat buildup and potential damage.In conclusion, microscale heat dissipation in chips is a crucial aspect to consider in the design and development of electronic devices. By implementing techniques like heat sinks, microchannels, and advanced materials, we can effectively manage and dissipate heat, ensuring optimal performance and reliability.中文回答：芯片微纳尺度散热随着芯片技术的不断进步，电子设备的微型化已成为一个突出的趋势。

微纳米尺度流动实验研究的问题与进展李战华;郑旭【摘要】微纳米实验流体力学研究的流动特征尺度在1mm～1nm范围，处于宏观流动到分子运动的过渡区。

连续介质力学与量子力学这两个经典理论的衔接，提出了诸如连续性假设适用性、边界滑移等基本理论问题。

同时从微纳米尺度研究界面处液/固/气的耦合，化学、电学性质对流动的影响值得关注。

微纳米实验测量仪器融入了力、电等测量手段，要求测量空间精度达到nm量级，力的测量精度达到pN，时间分辨率达到ns。

本文围绕连续性假设适用性、边界滑移、微纳米粒子布朗运动及微尺度涡旋测量等问题，介绍了 Micro/Nano PIV、示踪粒子流场显示等技术应用于微纳流场观测的进展与难点。

目前微纳米流动测量仍然沿着经典流体力学测量“小型化”的思路开展，而纳尺度的测量期待着新的实验方法与技术的提出。

%The micro/nanoscale experimental fluid mechanics studies the fluid flow with the typical dimension from about 1mm to 1nm,which is also the transition range from the macro-scopic flow to molecular motion.The combination of the two classical theories:the continuum mechanics and the quantum mechanics,pusts forward some basic theoretical problems like the validity of the continuity hypothesis and the boundary slip.In the mean time,due to the coupling of the liquid/solid/gas phases inmicro/nanoscale,it is worthy considering the influence of inter-facial chemistry and electric properties on the flow.Therefore,micro/nano experimental devices should integrate force and electricity measurements,and require a nanometer measuring space resolution,a pN force precision and a nano-second time resolution.This paper focuses onthe problems of validity of the continuity hypothesis,boundaryslip,Brownian motion of micro/nano-particles and micro-vortex flow,and introduces the progresses and difficulties of micro/nano flow measurement by Micro/Nano PIV and micro/nanoscale flow visualization using trac-ers.Up to date,the study of micro/nano flow is still following the idea of “miniaturization”of the classi cal fluid mechanics measurement,however,the nano flow measurement urgently needs new techniques and methods.【期刊名称】《实验流体力学》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】11页(P1-11)【关键词】微/纳流动;实验测量;Micro/Nano PIV;界面【作者】李战华;郑旭【作者单位】中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室，北京 100190;中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室，北京 100190【正文语种】中文【中图分类】O363.21 微纳米流动研究的尺度范围和测量仪器1.1 微纳流动的尺度范围微纳米流动的尺度范围从1mm～1nm，跨越了从宏观尺度到分子尺度的6个数量级。

《微尺度模型气体流动机理》篇一一、引言在物理学、化学、工程学等多个领域中，微尺度模型气体流动机理的研究显得尤为重要。

随着科技的发展，微观尺度的设备及系统被广泛应用，因此对这些微小尺度内气体流动的研究具有很高的实用价值。

本文旨在探讨微尺度模型气体流动机理，为相关领域的研究提供理论支持。

二、微尺度模型概述微尺度模型主要指的是在微观尺度下，对气体流动进行建模和分析的方法。

这些模型通常用于描述微小空间内气体的流动特性，如微通道、微孔隙等。

在微尺度模型中，气体的流动受到多种因素的影响，包括分子间的相互作用、表面效应等。

三、微尺度气体流动的基本原理在微尺度下，气体流动的基本原理与传统流体力学有一定的差异。

首先，由于空间尺寸的减小，分子间的相互作用力对气体流动的影响增大。

其次，表面效应在微尺度下也显得尤为重要，如表面粗糙度、表面吸附等都会影响气体的流动。

此外，微尺度下的气体流动还受到温度、压力等因素的影响。

四、微尺度模型气体流动的特点微尺度模型气体流动具有以下特点：一是流态的转变。

随着空间尺度的减小，气体的流动状态可能从宏观的湍流转变为微观的层流或过渡流。

二是速度分布的特殊性。

在微尺度下，气体的速度分布可能呈现出不同于传统流体力学的特点，如速度梯度的增大等。

三是传热和传质过程的强化。

由于微尺度下气体流动的特殊性，传热和传质过程可能得到强化。

五、微尺度模型气体流动的机理分析微尺度模型气体流动的机理分析主要从以下几个方面进行：一是分子动力学的分析。

通过分析分子间的相互作用力、碰撞等过程，揭示微尺度下气体流动的内在规律。

二是表面效应的分析。

通过研究表面粗糙度、表面吸附等因素对气体流动的影响，进一步揭示微尺度模型气体流动的机理。

三是数值模拟方法的运用。

通过使用计算流体动力学（CFD）等数值模拟方法，对微尺度模型气体流动进行模拟和分析，以验证和补充理论分析的结果。

六、应用及前景微尺度模型气体流动的研究在多个领域具有广泛的应用前景。

微尺度燃烧的研究进展袁瀚中国海洋大学工程学院，青岛，266100摘要:在微尺度条件下，燃烧系统的流动、传热和燃烧特性与常规尺度差异很大。

微尺度燃烧特性研究为研制高效、安全的微燃烧器提供了理论基础。

本文分析了微尺度燃烧的特点和实现微尺度燃烧的方法,总结了微尺度燃烧的实验和数值模拟研究现状,同时对未来微尺度燃烧的研究方向做出预测。

关键词:微尺度燃烧;实验研究;数值模拟1.微尺度燃烧的特性与优点这其中除了燃料获得的廉价和方便外，通过燃料燃烧能够获得很高的能量密度是这样的能源利用方式被广泛应用最重要的原因。

在某些场合过去由于加工技术的限制，燃料燃烧也不能充分发挥其作用，比如在手机、笔记本电脑等可携带电子设备上目前人们主要还是依靠电池来给它们提供能源。

化学电池由于其体积小、携带方便，在这些场合有很大的利用空间，不过电池的缺点也是显而易见的，那就是能量密度低、可连续工作时间短，因此需要经常更换电池或者充电，这给人们的生活和工作带来一定的限制。

随着基于MEMS(Micro Electro Mechanical Systems )的微能源动力系统技术的发展，科学家们开始开展了相关的理论和实验工作。

微尺度燃烧研究随之产生，它是相对于传统燃烧发生在较大的尺度范围内而言的。

目前研究的微尺度燃烧一般发生在很小的尺度范围内，它们通常在低于1cm3的容积内发生。

微尺度燃烧器具有价格低廉、保存期限更长、能够提供更稳定的电压、再次添加燃料方便和不会污染环境等优点。

微尺度燃烧的研究希望能够解决为可携带电子设备提供可长时间供应稳定电力的电源问题，但除了这一方面的应用外，微尺度燃烧还有一个重要应用领域，那就是在国防方面的应用。

微型飞行器、微型卫星、现代战争中作战士兵，这些都要求高性能的动力、电力支持。

解决这些问题迫切需要体积小、质量轻、能量和功率密度高的能源供给系统，但目前还没有合适的能源供给方式。

而基于微尺度燃烧的微动力能源系统由于很高的功率密度，目前被认为是一种解决这些问题的很有前途的方法。

沸腾相变传热机理及强化的数值模拟研究综述戴含晖张程宾*东南大学能源与环境学院摘 要： 微尺度核态沸腾传热在电子信息工业和微电子机械系统等领域有着重要的应用。

使用数值模拟的方法对 微尺度核态沸腾过程进行研究很好的解决了由实验方法带来的诸多问题。

尤其介观方法，即格子Boltzmann 方 法， 既无需人为设置核化点， 又能完整复现沸腾过程气泡成核、 长大、 聚并等动力学行为和相变传热特性， 相较于 宏观方法和微观方法具有显著优势。

就沸腾相变传热机理而言， 微尺度核态沸腾的传热强化技术主要包括构建表 面微结构和修饰表面润湿性。

其中， 表面微结构为核态沸腾的成核提供了有利条件，同时又增大了传热面积。

表面 做疏水处理有利于提高核态沸腾气泡生成速度， 且起始沸腾点较低， 在低热负荷条件下传热效果更好。

而亲水表 面能够达到更高临界热流密度。

因此， 对微结构表面进行润湿性改性是进一步提升核态沸腾换热性能可行方向。

关键词： 核态沸腾 传热强化 数值模拟Research Progresses on Numerical Simulation of theMechanism of Boiling Heat Transfer and EnhancementDAI Han­hui,ZHANG Cheng­bin*School of Energy and Environment,Southeast UniversityAbstract: The microscale nucleate boiling heat transfer shows great potential in the electronic information industry and micro electro­mechanical system.The problems encountered in experimental study on the microscale boiling heat transfer can be solved by numerical methods.Particularly,the mesoscopic method,lattice Boltzmann method,do not need to artificially set the nucleate site,and can completely simulate the dynamic behaviors of bubble nucleation, growing,coalescence and phase change heat transfer characteristics during the boiling process,and thus presents significant advantages when compared with macroscopic methods and microscopic methods.In terms of the mechanism of nucleate boiling,the heat transfer enhancement technology includes the construction of the microstructure on the heating surface and the modification of surface wettability.The microstructured surface not only provides more nucleate sites for boiling,but also expands the heating surface.Hydrophobic surface is favorable for the formation of bubbles and can reduce the onset of nucleate boiling point,while the hydrophilic surface promotes a higher critical heat flux. Therefore,the wettability modification on the microstructured surface is a feasible method to further improve the nucleate boiling heat transfer performance.Keywords: nucleate boiling,heat transfer enhancement,numerical simulation收稿日期： 2020­3­23通讯作者： 张程宾 （1983~）， 男， 博士， 副教授； 东南大学能源与环境学院 （210096）； Email:***************.cn基金项目： 国家自然科学基金 （No.51776037、 No.52022020）微尺度核态沸腾传热过程以优越的换热性能， 在 电子信息工业和微电子机械系统等领域得到了广泛的应用， 揭示核态沸腾相变传热机理并有效强化沸腾换热能力对提高相关机械电子设备运行可靠性和稳 定性具有重要的科学意义和应用价值。

《微尺度模型气体流动机理》篇一一、引言在物理学和工程学领域，微尺度模型气体流动机理的研究具有重要价值。

随着纳米技术和微电子机械系统（MEMS）的快速发展，对微尺度气体流动的理解和控制变得越来越关键。

微尺度下的气体流动不同于宏观尺度，其流动特性、传热传质以及相互作用机制均有所不同。

因此，本文旨在探讨微尺度模型气体流动的机理，为相关领域的研究和应用提供理论支持。

二、微尺度气体流动的基本特性微尺度气体流动具有以下基本特性：1. 尺度效应：在微尺度下，气体分子的平均自由程与流道尺寸相当，导致气体分子间的碰撞频率增加，流动呈现出明显的尺度效应。

2. 表面效应：微尺度流道内表面的粗糙度、润湿性等因素对气体流动产生显著影响，表面效应不可忽视。

3. 传热传质特性：微尺度下的气体流动往往伴随着传热传质过程，其传热传质特性与宏观尺度有所不同。

三、微尺度模型气体流动的机理微尺度模型气体流动的机理主要包括以下几个方面：1. 分子动力学模型：在微尺度下，气体分子的运动遵循分子动力学原理。

通过建立分子间的相互作用力模型，可以描述气体分子的运动轨迹和碰撞过程，进而分析气体流动的机理。

2. 滑移边界条件：在微尺度流道内，由于分子间的碰撞频率增加，导致气体分子在流道壁面附近的运动受到滑移边界条件的影响。

滑移边界条件的引入可以更准确地描述微尺度气体流动的特性。

3. 传热传质模型：微尺度下的气体流动往往伴随着传热传质过程。

通过建立传热传质模型，可以分析微尺度流道内的温度场、浓度场以及它们对气体流动的影响。

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主要涉及以下几个方面：1. 微电子机械系统（MEMS）：微尺度模型气体流动机理对于MEMS的设计和制造具有重要意义。

例如，在微流体控制、微传感器等领域，需要准确掌握微尺度气体流动的特性和机理。

2. 纳米技术：在纳米技术领域，微尺度模型气体流动机理对于纳米材料的制备、传输和操控具有重要意义。

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。

微小尺度燃烧技术应用及发展研究伍赛特(上海汽车集团股份有限公司上海200438)摘要：本文介绍了微小尺度燃烧技术的当前应用情J况，并重点分析了其当前面临的技术问题，并提出了相关解决措施。

随着相关技术的不断发展与完善，微小尺度燃烧技术终将得以广泛应用。

关键词：微小尺度燃烧；燃烧；微动力系统；稳定燃烧;催化燃烧引言近年来，不断涌现出各种微型飞行器、微小机器人以及各种使用于通信、遥感成像、化学分析和生物医学等的便携式电子设备,这些设备往往需要一个从几亳瓦到数百瓦的紧凑、长寿命的便捷式电源装置。

此外，手机、笔记本电脑等便携式设备也要求电池具有更高的能量密度和更少的充电时间。

目前，这些设备大都由传统的化学电池驱动。

然而，化学电池存在能量密度低、充电时间长、可连续工作时间短、体积和重量大等缺点。

因此，开发新型的紧凑的、耐用的、高效率的、高能量密度的微型发电设备取代现有电池具有重要的意义叫有研究表明:典型液体碳氢化合物的能量密度约为45MJ/kg,而最好的锂电池的能量密度约为1.2MJ/kg関。

因此，如果能够实现稳定、高效的燃烧，基于燃烧的微小型动力装置和系统就具备与化学电池竞争的巨大潜力。

对管内预混燃烧的硏究表明，如果火焰管的内径小于某个临界直径,从火焰向管壁的传热将使反应发生淬熄。

在这个临界宜径以下，燃烧波只有依靠外界对管壁的加热才能稳定。

这个直径一般称为淬熄宜径，对平行通道而言称为淬熄距离。

目前研究的微尺度燃烧的燃烧室容积通常小于1err?,其特征尺寸通常要小于或接近燃料的淬熄距离或淬熄直径。

1微小尺度燃烧的应用微型动力系统(Power MEMS)的概心最早由麻省理工学院于1997年提出，后被各国学者们广泛使用，泛指基于MEMS技术的微能源动力系统，是一种直接燃烧碳氢化合物，输岀电能、热能、机械能，尺寸在毫米或者厘米量级，功率达数十瓦的动力系统。

从20世纪90年代开始，关于微动力系统和微尺度燃烧的研究在世界各国广泛开展。

第１２卷　Ｖ０１．１２　第１期　Ｎｏ．１　重庆电力高等专科学校学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ＂Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　２００７年３月　

Ｍａｒ．２ＯＯ７　

微尺度流动研究的历史与现状　吕春红，任泰安　（河南机电高等专科学校，河南新乡４５３００２）　

【摘要】在微尺度下，一些宏观尺度下忽略的作用力和效应起了重要作用，使微尺度现象与宏观现象呈现出　较大的差异，使常规分析中的理论和一些简化条件，不再能解释微尺度下流动现象。如宏观条件下，５％的相对　粗糙度可以忽略，而在微尺度下，较小的相对粗糙度会对气体流动产生比较大的影响，气体稀薄效应也会使气　体流动阻力减小。　【关键词】微型机电系统；微尺度；微通道；气体流动　【中图分类号】０３５４　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００８・８０３２（２００７）Ｏ１・０００１１・０４　

Ｏ引言　近二十年来自然科学和工程技术发展的重要　趋势是朝微型化、集成化和智能化迈进，人们的注　意力逐渐从大尺度范围内的宏观现象和常规器件　转向那些发生在小尺度范围内的微观现象和微型　器件上。　ＭＥＭＳ技术自从产生以来，便以极大的优越　性，在国防军事、能源动力、生物医疗以及信息通讯　等方面得到快速应用，并覆盖了从生物系统、医疗　到流体器件控制、热量运输、微电子技术、光电器件　等诸多工业领域。其中微流体系统是ＭＥＭＳ中的　一个重要组成部分，主要应用于例如微量化学分　析、微量医学注射和分析、高精度喷墨打印、微型发　动机推进、微推进器中的燃料腔和喷口、由微泵和　微阀组成的微流体控制系统，以及生物芯片中由微　流体通道组成的微分析系统等。　当这些微器件尺寸小到一定范围内时，其中的　微观尺度流动现象与宏观流动的规律有相当的差　别，有的规律需要进行较大的补充和修正。例如：　微细通道内流动在某些条件下不再服从Ｎａｖｉｅｒ—　Ｓｔｏｋｅｓ方程；微小装置中流体驱动可用表面张力和　粘性力来实现，其阻力特性也有所不同；微细通道　固液界面的微观物理化学特性所产生的化学效应　如电泳、电渗，对微通道中流体的力学行为有重要　影响。