燕尾形軸向槽道熱管傳熱性能研究.pdf

1、微通道中的流動和換熱是MEMS、生物醫(yī)學(xué)、微電子元器件冷卻、芯片實(shí)驗(yàn)室和納型空天飛行器熱控制系統(tǒng)等領(lǐng)域中的關(guān)鍵熱物理過程。隨通道尺度的縮小，通道壁面面積對通道體積的比值急劇增大，這使得通道表面的粗糙狀況對微通道內(nèi)流動和換熱過程的影響也愈加突出。目前，該方向的研究已成為微尺度傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域中的一個重要研究課題，具有著重要的應(yīng)用前景和學(xué)術(shù)價值。
　　 本文對實(shí)際粗糙表面輪廓曲線進(jìn)行了分形分析，得到了結(jié)構(gòu)函數(shù)及分形維數(shù)，計算發(fā)現(xiàn)實(shí)際粗糙

2、表面表現(xiàn)出了良好的分形特征；自仿射分形維數(shù)直接反映了粗糙表面輪廓的不規(guī)則度；對于兩個具有相同統(tǒng)計粗糙度的輪廓，可能存在不同的分形維數(shù)。并在此基礎(chǔ)上，引入Cantor集分形幾何，將之應(yīng)用于微通道自仿射粗糙表面的定量描述，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際粗糙表面的模型重構(gòu)。
　　 同時，本文基于微通道粗糙表面輪廓的定量描述，建立了粗糙微通道內(nèi)層流流動和換熱的理論模型并進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了粗糙表面分形維數(shù)、相對粗糙度和雷諾數(shù)對粗糙微通道內(nèi)單相流動和換熱的

3、影響。研究結(jié)果表明：流體流過粗糙單元產(chǎn)生的回流和分離現(xiàn)象直接影響了粗糙微通道內(nèi)的沿程壓降分布，導(dǎo)致了流動壓降的增加，同時，粗糙單元的存在也使得熱邊界層的重新生成進(jìn)而有效地強(qiáng)化了對流換熱；與光滑通道相比，入口段之后粗糙通道的沿程壓降由于漩渦的影響不再是線性增加，而呈波動式增加，并且粗糙微通道內(nèi)沿程局部努謝爾數(shù)也不再如光滑通道中那樣趨于—穩(wěn)定值而轉(zhuǎn)呈交替波動式變化；再者，粗糙微通道中層流流動的Poiseuille數(shù)和平均Nusselt數(shù)皆不