PO6013 微尺度流动与传热
微尺度传热ppt
• 气体稀薄效应
通常用努曾数来表示气体稀薄的程度
当kn《1，连续介质区；0.01<kn<0.1， 滑移区； 0.1<kn<1，过渡 区， kn》1，自由分子流区；气体的稀薄性一般导致气体流动阻 力降低和换热减弱。
微喷管：缝宽19微米， 微喷管：缝宽19微米， 19微米 308微米 深308微米 图2 微喷管
2、微尺度流动和对流换热
• 流动阻力规律与常规尺寸条件下的不同 • 充分发展通道流的阻力因子与雷诺数的乘积不再是常数， 而应是雷诺数的函数。 • 微细通道湍流的 Nu比常规情况高 • 微细通道流传热数据很分散 • 微细通道层流向湍流过渡的雷诺数减小
影响微细流动与传热现象的某些因素：
• 流体的压缩性
由于微细通道内压力降很大，导致流体密度沿程有明显的变化，所 以必须考虑流体的压缩性，它不仅会形成加速压降，而且还将改变速 度剖面。
• 界面效应
在微细管道中液体表面张力将起更为重要的影响，此外，由于固壁 有时带静电,液体可以有极性 ，静电场的存在会阻碍液体中离子的运 动，从而使液体流动阻力增加，同时对微细管道中传热也会有重要影 响。
三、微尺度传热研究的主要问题
• • • • 微尺度导热 微尺度流动和对流换热 微尺度热辐射 微尺度的相变传热
1、的物理机制来自于两个方面：一是与导热问 题中的特征长度有关；另一方面导热能力与材料中晶粒大小有关，当 尺寸减小时，晶粒尺寸会随之减小，由于晶粒界面增大，所以输运能 力减弱，导热系数降低。
图3
图3示出了系统水平上的热耗散与系统体积之间的关系图；从图可见， 所有气冷系统数据均范入图3中的两条平行线之间的带内，由此带的斜率 看出，气冷系统中的体积热耗散密度几乎独立于系统尺寸，其范围大约在 3000W／m3—7000w／m3之间，其中笔记本电脑中的体积热耗散密度最 高，达7000W／m3。如此高密度的热量输运是一个富有挑战性的课题。 冷却微小系统的困难在于：首先，冷却空气速率不能太高，以尽可能减小 声学噪音；其次，器件结构紧凑性要求仅允许保留有限的冷却流体空间； 第三．同样的要求不允许在模块上安装大容量热沉(扩展表面)；第四，低 造价的原则要求尽可能地采用塑料封装；露片，而这又会增大芯片与模块 表面之间的导热热阻，于是热量将主要聚集在基底材料上、所以，针对各 类电子器件中相当高的热源密度(图4)，寻找具有高效热输运效能的微槽传 热方法多年来一直是人们探索的主题。
小尺度管壳式换热器流动和传热数值模拟
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》范文
《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。
最新微尺度传热ppt
图1 多尺度的客观世界
微尺度的流动和传热与常规尺度的流动和传热的 不同的原因：
（1）当物体的特征尺寸缩小至与载体粒子的平均自由程同一量级时， 基于连续介质概念的一些宏观概念和规律就不再适用，粘性系数、导 热系数等概念要重新讨论 , N-S方程和导热方程等也不再适用。
微细尺度传热是近些年形成的一个新的学科分支，主要研究空间尺度和时 间尺度微细情况下的传热学规律。当尺度微细化后，其动和传热的规律已明显 不同于常规尺度条件下的流动和传热现象，换言之，当研究对象微细到一定程 度以后 ,出现了流动和传热的尺度效应。“微细”只是一个相对的概念 ,而不是 指某一特定尺度。不同的场合会有不同的定义。所谓“微尺度”并没有严格的 界定,只是一个相对大小的概念，它不仅包括空间尺度，还包括时间尺度。随着 研究对象的不同,出现微尺度效应的时空尺度范围也不相同。通常所指的空间微 尺度是跨越微米到原子尺度的宽广范围:
进 入 夏 天 ，少 不了一 个热字 当头， 电扇空 调陆续 登场， 每逢此 时，总 会想起 那 一 把 蒲 扇 。蒲扇 ，是记 忆中的 农村， 夏季经 常用的 一件物 品。 记 忆 中 的故 乡 ， 每 逢 进 入夏天 ，集市 上最常 见的便 是蒲扇 、凉席 ，不论 男女老 少，个 个手持 一 把 ， 忽 闪 忽闪个 不停， 嘴里叨 叨着“ 怎么这 么热” ，于是 三五成 群，聚 在大树 下 ， 或 站 着 ，或随 即坐在 石头上 ，手持 那把扇 子，边 唠嗑边 乘凉。 孩子们 却在周 围 跑 跑 跳 跳 ，热得 满头大 汗，不 时听到 “强子 ，别跑 了，快 来我给 你扇扇 ”。孩 子 们 才 不 听 这一套 ，跑个 没完， 直到累 气喘吁 吁，这 才一跑 一踮地 围过了 ，这时 母 亲总是 ，好似 生气的 样子， 边扇边 训，“ 你看热 的，跑 什么？ ”此时 这把蒲 扇， 是 那 么 凉 快 ，那么 的温馨 幸福， 有母亲 的味道 ！ 蒲 扇 是 中 国传 统工艺 品，在 我 国 已 有 三 千年多 年的历 史。取 材于棕 榈树， 制作简 单，方 便携带 ，且蒲 扇的表 面 光 滑 ， 因 而，古 人常会 在上面 作画。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ，实即 今 日 的 蒲 扇 ，江浙 称之为 芭蕉扇 。六七 十年代 ，人们 最常用 的就是 这种， 似圆非 圆 ， 轻 巧 又 便宜的 蒲扇。 蒲 扇 流 传 至今， 我的记 忆中， 它跨越 了半个 世纪， 也 走 过 了 我 们的半 个人生 的轨迹 ，携带 着特有 的念想 ，一年 年，一 天天， 流向长
流体动力学中的微尺度流动问题研究
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。
传热学-微尺度流动与换热
8
（3）换热器：尺度已经跨越3个数量级
图7 换热器的多尺度范围
22
4 微尺度流动与换热基本特点 （1）面积与体积之比大大增加 常规尺度的物体，例如1米立方的体积，其表
面积为6米平方，面积/体积之比，
A/V＝6m-1
将该物体分为尺度为1微米的 1018 小立方体，
侧面积与体积之比为
A/V＝6 106 m-1
膜电阻做加热器，通过推进剂分子（水蒸气或氩气）
与加热器壁面的碰撞，将能量传递给推进剂，再经过 喷管喷出，产生推力。推力器尺寸很小（通道宽度 1～100μm）。它要求加热元件与出口缝隙之间的空 间等于气体的平均自由程，从而减少分子之间的碰撞，
保证喷出气体的分子动能等于加热器的温度（系统内
最高温度），提高总效率，从而获得最高的比冲（单 位质量推进剂所产生的冲量称为比冲量） 。
Systems，这是指特征尺度在 1mm－1 μm 之间 集电子、机械于一身的器件。在这样的器件中有气体 或者液体作为工作介质，其内部的流动与换热就是一 般的微尺度流动与换热。
2 热流现象的尺度范围
图2 热流科学研究对象的时间尺度
20
图3 热流科学研究对象的空间尺度 21
3 微尺度流动与换热举例
微尺度流动与换热
1 微尺度流动与换热的一般概念
大千世界的物体 尺度变化跨三十余个
数量级，近10余年来
科学技术发展的重要 方向之一是微型化。
图1 多尺度的客观世界
爱因斯坦曾经预言: “未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界 进军” ；
1959，美国物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 弗曼在美国西海岸会议上宣读了一篇经典论文
图12 二维微肋管
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微尺度流动介绍
6.结论
本文研究了一种在管道内的反向流动的三维层流混合对 流流动的模拟，研究了台阶高度对流动和传热特性的影响。 管子的高度，和下游步长是随着雷诺数分别固定为：但台 阶高度分别为。复杂的三维流体从与相邻的侧壁回旋和逆 流区域的步骤下游发展。流体在分离的区域中，撞击阶梯 壁产生最大的努塞尔数，在附着区域产生最小的努塞尔数。 结果表明，附着区域长度和努塞尔数和侧壁反向流动区域 的大小随着台阶高度的增加而增加。
5. 结果与讨论
5.1横向速度分布 速度沿X轴和Y轴的台阶高度方向展开，如图
5. 结果与讨论
5. 结果与讨论
5.2 静压
在这一部分中，不同台阶高度的阶梯和直 壁静压的影响如图
5. 结果与讨论
5.3表面摩擦 本节介绍了不同台阶高度对下游和直壁表面摩擦系 数的影响如图：
5. 结果与讨论
5.4 努塞尔数
3.数值求解
利用有限体积法与相应的边界条件求解上述方程。 用二阶差分方程求解对流项，SMILPE算法求解流场。 在能量和动量方程扩散项由二阶中心差分近似得到。在 x方向上，网格被阶梯壁和再附着点附近用于确定梯度 的变化利率。但在该点的下游用粗糙的网格划分，在Y 方向，网格是集中在顶部，底部的墙和直接在步确定数 值模拟的精度和节省网格大小和计算时间。在模拟过程 中考虑了网格系统的四边形和非均匀单元。每一个保守 的变量的残余和计算和存储在每个迭代结束。
4.网格独立性研究与代码验证
网格独立测试使用几个网格密度和分布，以确 保一个网格独立的解决方案。由网格测试，考 虑ethylene-sio2作为工作流体流过一个落后面临 雷诺兹数35步。解决方案进行了不同的网格数 和密度，这是解释在表3。
4.网格独立性研究与代码验证
目前的数值解验证与几个以前的研究，如图2和3 所示。
微尺度库埃特流动与传热的数值研究
维普资讯
ｏ 年 （第 ６ 第 ¨期 ｏ 第 期Ｊ 卷 ） 总
傅立 叶导 热 定 ， 【 理想 气 体状 态 方 程 出 发［ 考虑 气 律５ ］ 、 ６ Ｊ ， 体稀 薄效 应 ，引入 相应 的边界 条 件建 立 数学模 型 ， 用 来计 算滑 移 和过 渡 流 动区 的稀 薄气 体 流 动 ， 并用 蒙特 卡罗 直接 模拟 方法 （ ＭＣ 来验 证其 有效 性 。 ＤＳ ）
尺度 方 向发 展 。１８ 在 美 国盐湖 城会 议上 ， 次提 ９９年 首
出 了 ＭＥ ｃｏＥｅ ｔ ． ｃ ａ ｉ ｌ ｙｔ 概 念 ， ＭＳＭｉｒ． ｌ ｒ Ｍｅｈ ｎｃ ｓ ｍｓ ｃｏ ａＳ ｅ
即微 机 电系 统 ， 是指特 征 尺度 在 １ｚ ￣ｍｍ 之 间集 这 ／ １ ｍ， 电子 、 机械 于 一身 的器 ” 在微机 电系统 中也 越来 越 。
（ ｏ ｓ ｕｔ ｎＥ ｇｎｅｉｇＤ ｐ ｒ ｎ ｏ Ｌ ｏ ａｇＵｎｖ ｒｔ ｏ Ｓ ｉｎｅ＆ Ｔ ｃｎ ｌｇ ， ｕ ｙ ｎ ４ １２ ， ｎｎ Ｃ ｉａ Ｃ ｎｔ ｃｉ ｎ ｉｅｒ ｒ ｏ ｎ ｅ ａｔ ｔ ｆ ｕ ｙｎ ｍｅ ｉｅｓ ｙ ｆ ｃ ｃ ｉ ｅ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｌ ｏ ａ ｇ ７ ０３ Ｈｅａ ， ｈｎ ）
Ｋ ｙｗｏ ｄ ： ｃｏｆ ｉｃ； ｕ ｔ ｏ ｓｅｒｔ ｓ； ｅｏｉ ｉ；ｅ ｅａｕｅ ｕ ｅ ｒ ｓ Ｍｉ －ｕｄｓＣｏｅｔ ｆ ｗ；ｈａ ｒ ｓｖｌｃｔ ｓ ｐ ｔｍｐｒｔｒ ｍｐ ｒｌ ｅ ｌ ｓｅ ｙｌ ｊ
《微管道中纳米流体流动及传热研究》范文
《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。
微尺度 传热
这里v0为特征速度，ν为流体动力黏度。Mach数 为流动速度与声速的比值
v0 Ma a0 (5.9)
Mach数为流体可压缩性的动力学测速。基于气体 分子动力学理论，可将平均自由程与黏度关联起 来，即
三、流体模型区域划分
1 L * vm 2
(5.10)
其中µ 为黏度， 于声速，且
一、导言
论偏离于传统流体力学理论所预示的情况，其摩 擦因子是Reynolds数的函数，乘积(f Re)值取决于 槽道表面的粗糙度，且最高可达118，远大于传统 流道下对应的层流值64，而且流体从层流转变到 湍流时的Reynolds数约为1000，这也与传统认识 不同；此外，Pfahler等对尺寸在0.5µm到50µ m的 槽道内气体和液体进行了一系列实验研究，其流 动假设得到充分发展，且槽道长度与其水力学直 径的比值非常大，因不能找到计算可压缩流的阻 力因子公式，作者们引用了前人的观察结论，将 不可压缩流的值用于一些亚音速可压缩流，于是 所测得的摩擦因子与采用不可压缩流理论预示出
二、一个典型微尺度流动现象
f (110 8) / Re Re 900 900 Re 3000 f (0.195 0.017) / Re0.11 3000 Re 15000 (5.4) f 0.165(3.48 log Re)2.4 (0.081 0.007)
三、流体模型区域划分
对稀薄气体动力学的先期实验工作，是由Knudsen 在1909年完成的，在零Knudsen数极限，连续动量 和能量方程中的输运项可以忽略，而N-S方程可简 化为无黏Euler方程，热传导、黏性扩散以及耗散 效应均可忽略。从连续介质的观点看流动可近似 为等熵(即绝热及可逆)过程，而分子观点则认为每 一处速度分布均处于局部平衡或呈Maxwell形式。 随着Kn的增加，稀薄效应变得更为显著，从而会 最终使连续模型不再成立。不同Knudsen数区域可 归纳如下：
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《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）
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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。
微尺度下的流动及传热科学覆盖的领域包括：液体薄膜、光学器件、超导器件、芯片冷却装置、微电子机械系统、生物芯片、热传感器等。
掌握：掌握微尺度的定义，微尺度传热学的发展，了解典型的微热器件及微尺度下的热现象。
2. MEMS加工工艺（4学时/专题讲座+1学时/讨论）
内容：随着集成电路工艺的发展，微机电系统(MEMS) 加工工艺得到蓬勃发展。
MEMS加工主要指微结构的硅和非硅表面加工和体加工技术，其实现工艺分为传统机械加工手段、利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅基材料进行加工、LIGA （即光刻、电铸和塑铸）技术等。
掌握：熟悉微机电元件的加工方法，了解硅基表面的微结构设计和刻蚀加工工艺，掌握表面微结构的显微观测方法。
3. 微通道中的单相流动及换热（6学时/课堂教学）
内容：探讨微通道内的流体在层流状态和等热流边界条件下的单相流动与传热特性，分析微通道中的液体在低雷诺数下的单相流动与换热特性，包括摩擦系数、压降、努谢尔特数等参数，并与传统理论结果进行对比。
气体的可压缩性和稀薄效应，滑移边界条件。
掌握：流动（气体）的可压缩效应；克努森数的定义；表面粗糙度的影响；表面力的作用；微通道内轴向导热效应；测量精度。
4. 微通道中的两相流及多相流（6学时/课堂教学）
内容：在微通道中气/液或液/液两相流通常为层流，流线具有高度可控性，为生成可控的微气泡/液滴提供了必要条件。
离散相与连续相交汇处的流场，引起气/液或液/液界面的变形。
界面的不稳定性，导致气泡/液滴与离散相的脱离。
掌握：微通道的几何结构对两相流流型的影响，微通道结构中微气泡/液滴的形成和断裂等动力学行为的产生机理及其影响因素。
5. 微尺度下的沸腾换热（8学时/课堂教学+2学时/实验+1学时/讨论）
内容：微通道中的流动沸腾换热以及汽泡动力学是近年来的研究热点。
微尺度下的流动沸腾换热受限于尺寸效应，呈现出与常规尺度通道不一样的流型，汽/液界面的不稳定性，流动沸腾的温度和压力呈现出周期性的震荡。
掌握：芯片微通道中流动沸腾的压降、换热系数、CHF等特性的变化规律；了解沸腾不稳定性的特征及其机理；汽泡的成核、成长以及在不同参数条件下的动态特性。
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6. 微尺度下的凝结换热（8学时/课堂教学+2学时/实验+1学时/讨论）
内容：揭示微通道内流动凝结换热的机理为目标，以流型、压降和换热特性为教学重点，对微通道内蒸汽流动凝结特性进行实验研究和理论分析。
掌握：对微通道内蒸汽凝结换热特性及机理的理解，有助于微冷凝器的开发以及优化设计。
7. 微通道换热器（4学时/专题讲座+1学时/讨论）
内容：包括微型微通道换热器和大尺度微通道换热器。
微型换热器最实际的应用是在微电子器件的冷却上。
从微电子微机械高效传热、CO2制冷减少温室气体排放和提高家用空调能效比几个方面展现大尺度微通道换热器的应用前景。
用于微电子芯片冷却的微通道换热器按结构主要有平行微通道热沉、树型微通道热沉（T型、H型等仿生学结构）以及微结构肋片强化换热表面。
掌握：微通道换热器的传热特征、优势及发展的主要瓶颈，以及大尺度微通道换热器的关键技术，了解微通道热沉的换热优化设计原理。
8. 微尺度下的电水动力学EHD（6学时/课堂教学）
内容：微尺度下的EHD现象主要包括流体的电渗(Eiectroosmosis)流动、粒子的电泳(Eletrophoresis)分离，以及在进行这些操作的过程中，由于电场的作用在操作溶液中伴随出现的焦耳热效应(Joule heating effect)。
掌握：电水动力学中的相关概念，电水动力学的相关理论，了解电水动力学当前的应用热点、未来的应用前景以及目前影响其推广的瓶颈。
三、教学方法
本课程的学习一周需要4小时左右，学生需要尽可能参加所有的课程并参加上课时的讨论，并尽可能通过文献检索和阅读掌握该领域最新的研究动态。
教学形式：
1.普通授课
2.实验参观及实践
3.专题讲座及讨论
学习形式：
1.参与课堂讨论
4
2.文献检索及阅读
3.实验实践及实验报告
4.作业
实验实践：
根据最新的研究现状设置两次实验，分别是“微通道内的流动沸腾换热”和“微通道内的流动冷凝换热”。
通过实践锻炼学生的实验操作能力，掌握微尺度下实验观测的基本方法，培养学生对微尺度流动及传热理论产生直观的认知。
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四、考核及成绩评定方式
课程得分比例如下：
出席
学生在课堂上的表现，包括出席、讨论、课堂练习和表现。
课堂出席的得分，将取决于课堂中学生的讨论等等。
评价课堂出席情况的准则：
1.出席率、迟到或早退情况；
2.是否很好地倾听课程；
3.能否很好地提出问题或回答老师的问题；
4.是否积极的参与课堂讨论，并发表适当的意见。
讨论
鼓励学生针对课堂内容进行预习，并针对提出的问题进行课堂讨论，以加深对要点内容的理解。
预定的题目包括：“表面亲疏水性对沸腾换热的提高”，“如何提高滴状冷凝的换热效率”，“微通道热沉的流动及散热性能优化”，以及任何学生感兴趣的相关内容。
实验
积极参与实验操作，熟悉微通道实验观测的基本方法，得到预期的实验结果，并撰写规范的实验报告。
作业
期中作业：根据专题内容，选择该领域内最新的一篇或几篇英文期刊论文，进行阅读和翻译，并撰写PPT进行课堂报告。
期末作业：根据课程内容，选取感兴趣的一项课题，阅读相关文献，撰写一篇综述性中文论文（要求引用的英文参考文献不少于5篇）。
五、教材及参考书目
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《微米/纳米尺度传热学》《微纳流动理论及应用》《微加工导论》刘静著林建忠著Sami Fransslia 著
科学出版社科学出版社电子工业出版社
补充阅读（英文专著）：
HEAT TRANSFER AND FLUID FLOW IN MICROCHANNELS / Gina Piero Celata -- (Series in Thermal & Fluid Physics & Engineering)，ISBN 1-56700-208-0
补充阅读（英文期刊）：
Microscale Thermophysical Engineering
Journal of Microelectromechanical System
J. Micromech. Microeng.
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