微尺度传热及其研究进展
导热系数的尺度效应原因
①特征长度L：设λ是粒子的平均自由程，gt; λ L< λ
傅里叶定律适用，宏观区 傅里叶定律不适用，微观1区
L< λc
必须考虑量子效应，微观2区
②晶粒大小：随着尺寸减小，工艺方面的因素，晶粒 随之减小，晶粒界面变大，其运输能力减弱，导热系 数降低
微细尺度导热
微尺度传热形成原因
① 当物体的特征尺度缩小至与载体粒子〔分子、原子、电 子、光子等〕的平均自由程同一量级或者过程延续的时间达 到微秒以至毫微秒量级时, 基于连续介质假设而建立的许多 宏观概念和规律就不再适用, 如粘性系数、导热系数等概念 需要重新定义, N 一S 方程和Fourier导热方程等也不再适用。 ② 物体的特征尺度远大于载体粒子的平均自由程, 即连续介 质的假定仍能成立, 但是由于尺度的微细, 使原来的各种影响 因素的相对重要性发生了变化, 从而导致流动和传热规律的 变化。
微细尺度对流换热影响因素
1.气体压缩性影响
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. 也就是说即使管子长度与管径比很大， 流场和温度场也不会充分发展, 它将使阻力有明显的增加和 导致传热的强化。
微细尺度对流换热影响因素
2.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，当反映重 力与表面张力之比的Bond数小于2 时, 表面张力起主导作用。
其中σ是表面张力. 此时, 管道为毫米量级时, 重力即可忽略。
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。
微细尺度流动和对流换热
• ( l) 微细通道流动阻力规律与常规尺寸条件下不同, 不 同作者的实验数据不仅在定量上,而且在定性上互相 矛盾(有的认为微细通道中流动阻力大, 有的则认为微 细通道中流动阻力小)。 • (2 ) 充分发展通道流的 f· R≠const。认为阻力因子与 雷诺数的乘积不再是常数, 它应是雷诺数的函数。 • (3 ) 微细通道层流向湍流过渡的雷诺数减小, 其过渡 雷诺数R e 可为300~1000. • (4) 微细通道流传热数据很分散, 充分发展的通道流的 Nu ≠ const且是雷诺数的函数. • (5) 微细通道湍流的Nu比常规情况高5 ~7 倍.
微尺度传热及其研究进展
• 微尺度传热定义
• 微尺度传热产生背景 • 微尺度传热形成原因
• 微尺度传热研究内容及进展
微尺度传热定义
微细尺度传热 研究空间尺度和时间尺度 微细情况下的传热学规律
高集成度
热流密度大 60-100 w/cm2 高运行速度 温度敏感性电子器件 （器件温度在7o0 oC 至800 oC 水平上每增 加10 oC , 其可靠性将下 降5%）
微尺度传热产生背景
随着信息工业、生命科学与技术、航天技术、能源 工程、材料工业及现代毫微米制造技术、高集成度 微电子器件、高功率短脉冲激光器、微加工技术和 微电子机械系统（MEMS ) 在工程上的应用, 人工 合成高精尖新材料、超导技术等都有惊人的进展。
微尺度传热产生背景
由于它们的特征尺度与载热体( 分子、电子、声子、光子) 等的 平均自由程处于同一量级甚至更低, 导热的Fourier 定律、流动 的N 一S 方程已不再适用,微结构表面的辐射性质亦出现奇特的 变化, 已经不能的效地用传统的传热传质理论及传统的实验方 法加以解决, 导致了热现象由宏观研究到微观研究的历史性转 变, 促使微细尺度传热学这一学科的出现和形成。 • 空间尺度极限：其研究的几何尺度可以到微米或毫微米级; • 时间尺度极限：即在微秒以至毫微秒内瞬时传热规律的研究.
微尺度传热研究内容及进展
• 微细尺度导热 • 微细尺度流动和对流换热 • 微细尺度热辐射 • 维系尺度相变传热
微细尺度导热
1.导热系数的尺度效应
现有实验和理论研究表明, 当物体尺寸减小，例如薄膜的厚 度小到一定程度时，其导热系数将随膜厚的减小而降低, 有 的甚至可降低1~ 2 个数量级。
100K下硅薄膜法向导热系数随薄膜厚度的变化
微细尺度对流换热影响因素
3.气体稀薄效应
通常用克努曾数来表示气体稀薄的程度
当Kn<<1 ,连续介质区；Kn>>1,自由分子流区；0.01<Kn<0.1,滑流区；0.1<Kn<1,过渡区
气体的稀薄性一般导致气体流动阻力降低和换热减弱。
THE END
2.导热的波动效应
研究导热问题时, 最常用的傅立叶定律, 即热流与温度梯度成 正比, 然而, 快速瞬态导热时, 发现傅立叶定律不再适用,于是 建立了热流滞后于温度梯度的C-V模型。
Г 称之为松弛时间.
的物理意义是热流随时间的变化对温度变化的影响
由于在一般情况下松弛时间Г的值很小（ Г 为10 -10 s~10-14 s)， 方程退化为傅里叶定律
微尺度下液-液流动与传质特性的研究进展
２ １ —０ — ０ ０ ０ ４ ６收 到 初 稿 ，２ １ —０ —１ ０ ０ ４ ３收 到 修 改 稿 。 联 系人 及 第 一 作 者 ： 陈光 文 （９ ７ ） １ ６ 一 ，男 ，博 士 ，研 究 员 。 基 金 项 目：国 家 自然 科 学 基 金 项 目 （ ０１１０５ ， ２ ９ １ ３ ３ ８
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｍ ｉｒ ｈｅ ｃ ｌ ｎ ｎ ｅ ｉ ｇ ｓ ｐ ｏｍｉｉ ｌ ａ ｎ ｄｉｃｐｌｎｅ ｏｆ ｓｒｃ ： ｃ ｏｃ ｍｉａ ｅ ｇｉ ｅ ｒｎ ｉ ａ ｒ ｓｎｇ ｅ ｄｉ ｇ ｓ ｉ ｉ ｍｏ ｒ ｃ ｅ ｃ ｌ ｎ ｎ ｅ ｉ ｇ， ｄｅ ｎ ｈ ｍｉ ａ ｅ ｇｉ ｅ ｒｎ ｗｈ ｃ ｏ ｕｓ ｓｏ ｈｅｓ ｕ ｌ ｉ ｌ ｗ ， ｈｅ ｔａ ｄ Ｉ ａ Ｓｔ ａ ｐｏ ｔｐｈｅ ｍ ｅ ｎ ｅ ｃ ｉ ｎ ｐ ｉ ｉ ｅ ｉ ｈ ｆ ｃ ｅ ｎ ｔ ｔ ｄｙ ｏｆｆｕ ｄ ｆｏ ａ ｎ Ｉ ｓ ｒ ｎｓ ｒ Ｔ ｎｏ ｎａ ａ ｄ ｒ ａ ｔｏ ｒｎｃｐｌ ｓｕｎｄ ｒ ｅ ｍｉ ｒ ｓ ｔｏ ｔ ｍ ｐ ａ ｓ ａ ｅ ． ｃ ｏ ｐａ ｉ — ｅ ｏｒ ｌ ｃ ｌｓ Ｔｈｉ ｓ ｔ ｍａ ｉａ ｒ ｖ ｅ ｓ ｙｓ ｅ ｔｃ ｌ ｅ ｉ ｗ ｃ ｃ ｎ ｒ ｔ ｓ ｎ ｅ ｅ ａ ｖ ｎｃ ｓ ｎ ｈ ｆｏ ｏｎ ｅ ｔ ａ ｅ ｏ ｒ ｃ ｎｔ ｄ ａ ｅ ｉ ｔ ｅ ｌ ｗ ｈ ｒ ｙ ｍｉ ｆ ｓｎｇ ｅ ｉ ｕ ｄ ｐｈａ ｅ ａ ｌｑ ｄ ｌｑ ｄ ｙｄ ｏｄ ｎａ ｃ ｏ ｉ ｌ ｌｑ ｉ ｓ ｎｄ ｉ ｕｉ —ｉ ｕｉ ｍｉ ｃｂｌ ｒ ｉ ｓ ｉ ｅ ｏ ｍｍ ｉｃ ｂ ｅ ｗｏ ｐｈａ ｅ ｓ ｉ ｌ ｔ ｓ ｓ， ａ ｌ ｓ ｈｅ ｓ ｗｅ ｌ ｔ ａ ｍ ａ ｓ ｔ ａ ｆ ｒ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ ｏ ｉ ｉ —ｉ ｕｉ ｗｏ ｐｈａ ｅ ｎ ｍｉ ｒ ｃ ｎ １． ｓ ｒ ｎｓ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｌｑｕ ｄ ｌｑ ｄ ｔ ｓ ｓ ｉ ｃ ｏ ｈａ ｎｅ ｓ Ｋｅ ｒ ｓ ｍｉｒ ｃ ｅ ｃ ｌｔ ｃ ｙ ｗｏ ｄ ： ｃ ｏ ｈ ｍｉ ａ ｅ ｈｎｏ ｏ ｌ ｇｙ；ｍｉ ｒ ｃ ａ ｃ ｏ ｈ ｎｎｅ ；ｍ ｉｒ ｅ ｃ ｏ ｌ ｃ ｏｒ ａ ｔ ｒ；ｌｑｕ ｄ ｌｑｕ ｄ ｔ ｈａ ｅ ｉ ｉ —ｉ ｉ ｗｏ ｐ ｓ ｓ
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 、 ０ ７ ｃ ２ ０
文 章 编 号 ： ６ １８ ９ （ ０ ７ ０ — ２ ３ ０ １ ７－ ０ ７２ ０ ）４０ ８— 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 ４００ ５ ０２）
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第 ６卷 第 ４期 ２０ 年 ｌ ０ ７ ２月
热 科 学 与 技 术
Ｊ ｕ ｎａ ｆ Ｔｈ ｒ ａ ｃ ｅ ｃ ｎ ｃ ｏｌ ｇ ｏ ｒ ｌｏ ｅ ｍ ｌＳ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈｎ ｏ ｙ
Ｖｏ ． ． Ｉ ６ ＮＯ ４
但 是 主要 的影 响 因素 已经发 生 了变化 。 由于尺 度
微纳尺度芯片散热技术探究：解决设备散热难题的新途径
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
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》
《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。
微尺度燃烧综述报告
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。
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。
微尺度流动特性
( 2) 是气
c 是热导系数, GV Ft
。
3
微型化引起的问题
研究微电子机械系统时常常涉及尺度效应。例如
L L
2
L
3
表面积与体积之比的增大、 传热传质效率的 提高等。 下面通过实例具体说明微尺度的影响和效应及对微尺 度理论的考虑。 3. 1 微型化并不是简单的几何缩小
Pd 0 L 2 具体推导请参考文献 [ 12] 。由此可知, 壁面传热 量 H w 与气体总焓 G io 之比与特征长度无关, 说明尺寸 缩小并不影响传给壁面的热量在流动总焓中的比例。
478
机
械
强
度
2001 年
[ 2]
强度也与特征长度无关 , 小型化对器件的强度不会带 来问题。推力和冲量与长度有关, 即尺寸缩小使推力 和冲量减少, 这正是点阵式微喷方案提出的理由, 即通 过增加微喷的个数提高总体推力。问题出在壁面导热 的特征时间 t h 将会缩短 , 因为高温向壁面非定常传导 的特征时间与壁厚的平方成正比, 而工作时间和线性 尺寸成正比。当线性尺度缩小 10 倍时 , 通过壁面导热 所需的时间将要比工质流出燃烧室所需时间快很多, 这说明工作单元的高温将迅速传导至邻壁单元而自动 点燃其燃烧室的燃料。如以硅为材料, 其装置密度大 约可作到 1 至数个 mm , 而作到 100 个 mm 的期望是 完全不现实的。 此例子说明微型化会改变相关物理因素在过程中 的重要性 , 使得原本次要的因素( 这里指壁面非定常传 导) 变得重要起来, 甚至会影响全局。因此 , 小型化不 是简单的几何缩小。 3. 2 尺度效应 3. 2. 1 表面积与体积之比的增大 当流动的特征尺度由 cm~ m 量级减小到 m~ mm 量级, 表 面 积 与 体 积 之 比 由 量 级 10 mMEMS) 即采用集成微电子工艺、
微尺度库埃特流动与传热的数值研究
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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
沸腾相变传热机理及强化的数值模拟研究综述
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。