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

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。

微尺度下液-液流动与传质特性的研究进展

２１ —０ — ０００４６收到初稿，２１ —０ —１００４３收到修改稿。联系人及第一作者：陈光文（９７）１６一，男，博士，研究员。基金项目：国家自然科学基金项目（０１１０５，２９１３３８
ＡｂｔａｔＭｉｒｈｅｃｌｎｎｅｉｇｓｐｏｍｉｉｌａｎｄｉｃｐｌｎｅｏｆｓｒｃ：ｃｏｃｍｉａｅｇｉｅｒｎｉａｒｓｎｇｅｄｉｇｓｉｉｍｏｒｃｅｃｌｎｎｅｉｇ，ｄｅｎｈｍｉａｅｇｉｅｒｎｗｈｃｏｕｓｓｏｈｅｓｕｌｉｌｗ，ｈｅｔａｄＩａＳｔａｐｏｔｐｈｅｍｅｎｅｃｉｎｐｉｉｅｉｈｆｃｅｎｔｔｄｙｏｆｆｕｄｆｏａｎＩｓｒｎｓｒＴｎｏｎａａｄｒａｔｏｒｎｃｐｌｓｕｎｄｒｅｍｉｒｓｔｏｔｍｐａｓａｅ．ｃｏｐａｉ — ｅｏｒｌｃｌｓＴｈｉｓｔｍａｉａｒｖｅｓｙｓｅｔｃｌｅｉｗｃｃｎｒｔｓｎｅｅａｖｎｃｓｎｈｆｏｏｎｅｔａｅｏｒｃｎｔｄａｅｉｔｅｌｗｈｒｙｍｉｆｓｎｇｅｉｕｄｐｈａｅａｌｑｄｌｑｄｙｄｏｄｎａｃｏｉｌｌｑｉｓｎｄｉｕｉ —ｉｕｉｍｉｃｂｌｒｉｓｉｅｏｍｍｉｃｂｅｗｏｐｈａｅｓｉｌｔｓｓ，ａｌｓｈｅｓｗｅｌｔａｍａｓｔａｆｒｃａａｔｒｓｉｓｏｉｉ —ｉｕｉｗｏｐｈａｅｎｍｉｒｃｎ１．ｓｒｎｓｅｈｒｃｅｉｔｃｆｌｑｕｄｌｑｄｔｓｓｉｃｏｈａｎｅｓＫｅｒｓｍｉｒｃｅｃｌｔｃｙｗｏｄ：ｃｏｈｍｉａｅｈｎｏｏｌｇｙ；ｍｉｒｃａｃｏｈｎｎｅ；ｍｉｒｅｃｏｌｃｏｒａｔｒ；ｌｑｕｄｌｑｕｄｔｈａｅｉｉ —ｉｉｗｏｐｓｓ

微通道内液体流动和传热研究进展

的微细化，面积与体积比得到大大的增加，表因此表面效应不可忽略，表面有关的各种力也变得与越来越重要。面力是由流体分子与固体表面原表
子之间的相互作用势产生的，主要包括表面张力、离子因电离产生的库仑力、子极化产生的范德分华力，间位形力等。空
摘要：随着尺度的微细化，微通道内液体的流动和传热出现了不同于常规尺度的现象。液体流动的Ｒ、ｅ传热
Ｎｕ摩擦常数Ｃ等都出现了新的变化规律。多在常规尺度下不重要的因素如黏性耗散、向热传导和表面和许轴浸润性等都开始变的突出。究流体在微通道的流动和传热规律，研具有重要的现实意义。微通道内液体的流对
Ｄｅ、０７ｃ２０
文章编号：６１８９（０７０ — ２３０１７－０７２０）４０８— ６
微通道内液体流动和传热研究进展
刘敏珊，王国营，董其伍
（郑州大学河南省过程传热和节能重点实验室，河南郑州４００５０２）
维普资讯
第６卷第４期２０年ｌ０７２月
热科学与技术
ＪｕｎａｆＴｈｒａｃｅｃｎｃｏｌｇｏｒｌｏｅｍｌＳｉｎｅａｄＴｅｈｎｏｙ
Ｖｏ．．Ｉ６ＮＯ４
但是主要的影响因素已经发生了变化。由于尺度

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。

低雷诺数下液体的微尺度流动与传热

・125 ・
王洋等 : 低雷诺数下液体的微尺度流动与传热
Dh =
4 A ch
Pch
( 1)
式中 : Dh 为水力直径 , A ch 为每个通道的横截面积 , Pch 为通道的湿周长。雷诺数则可以由下式求得 :
Re = U m Dh
ν
( 2)
图1 实验系统流程图
21 ml/ min ; 去离子水经过滤尺度为 15 μm 的微孔
3 实验数据处理
流体的摩擦系数 , 可根据试验得到的流体沿微通道内流动的压力损失 Δp 和平均流速 U m 计算 : Δ p 2 Dh ( 14) f = ・ 2 l ch ρ Um
Um = m N chρ A ch
( 25)
4 实验结果分析
4. 1 流动特性
( 15)
μm 的矩形微通在室温条件下对水力直径为 80 道作压降与体积流量的试验结果见表 2 。
理论上当常规尺度管槽内的层流充分发展换热时努谢尔特数是不随雷诺数变化实验值分布在理论值的上下最大偏差出现在流量为mlmi偏差率为14最小偏差出现在流量为mlmi即常规尺度的理论仍然可以运用到微尺度下的管槽内充分发展层流中阻力系数随雷诺数的变化曲线线之上略大于理论预测值理论值为73但通过对实验数据分析得出的所示大致集中在7880之间和理论值的最大偏差为re的变化曲线通道总热阻随加热量的变化关系曲线如图相同的加热量时热阻随流量的增加而减小与理论值的比较将本文所得实验数据与水在微通道内流动的一些文献对比如图范围内而大部分研究者的实验数据分布udy试验值和理论值基本一致000时层流将向湍流过渡本文以去离子水在微通道内的受热单相流动换热特性的实验研究通过对实验数据的分析及与理论数据的对比得出以下结论去离子水在层流状态下流经矩形微通道时降比传统理论预测值偏大一些且偏差随着流量的增大而逐渐增大

小尺度圆形通道内流动换热特性试验研究

第１期１２１００年１１月
文章编号：０１３９（００１一１５０１０ — ９７２１）１Ｏ１－３
机械设计与制造
ＭａｈｎｅｙＤｅｉｎｃｉｒｓｇ＆Ｍａｕａｔｒｎｆｃｕｅ１５１
小尺度圆形通道内流动换热特性试验研究
形细通道的应用提供参考。关键词：细通道；对流换热，动特性；ｉ流换热特性【ｓａｔｈｆｃｓｓｏｎｅｔａｉＡｂｔｃ】ｏｕｅｎｉｖｓｇｔｇｒｉｎｄｖｌｅｉｏｅｏｈｏｇｉｕｒｎｈｎｅｆｅｅｏｄｎｔｇｎｆｗｔｒｕｈｃｒｌｆｅｃａｎｌｏｐｒｌｃａｉ
ｈａｔｎｅａａｔｒｔｓｎｃｒｕａｎｈｎｅｓｒｇｔｅｘｅｉｎｓｔｅＲｙｏｄｕｂｒｗｒｖｒｅｔｒｓｒｈｒｃｅｉｉｉｌｒｅａｎｌＤｕｉｐｒａｆｃｓｃｉｃｉｆｃ．ｎｈｅｍｅｔ．ｅｎｌｓｍｅｓｅｅａ— ｈｎ
ｉｄｒｍ５０ｔ５０．ｈｗｏｈｏｆｉｎｅｔｒｎｅｎｅｏｆｃｅｔｆｒｓｔｃｉｏｅ－ｅｆｏ０００ｅｌｅｅｃｅｔｆｈａｔｓｒａｄｔｅｉｎｏｅｉａｅｔｎｒｎｏＴａｆｔｃｆｉｏａｆｈｈｃｆｉｓｎｏｔｇｌｗｅｅｂａｅ．ｅｕｔｗｒｉｔｈｉｍｔｒｄｔｅｔｒｌｆｏｆｗｒｏｔｎｄＲｓｌｅｅｇｖｎｔａｔｅｄａｅｅｎｅｌｇｈｏｉｕａｎｈｎｅｓｒｉｐｒｉｓｅｈａｈｎｆｃｃｒｅｃａｎｌａｅｍｏ－ｔｎｆｔｓｎｆｒｉｃｅｅｉｅｄａｅｅｅｒａｉｇＡｎｆｉｉｃｅｓｄｗｅｅｌｇｈｉｄｃｅｅ．ａｔａｏ．ａｄａｅｎｒａｄｗｔｔｉｍｔｄｃｅｎ．ｄｓｎｒａｅｈｎｈｎｅｒａｄｃｒｈｓｈｈｒｓｔｅｔｓｓ

微纳尺寸微通道流动与换热研究综述

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

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

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。