微传输现象与微传热学基础理论的确立

1996年12月1～5日在日本横滨召开了由国际传热传质中心发起日本东京大学等主办的材料加工和其他应用中的分子和微尺度传热国际学术会议。来自美、中、日等10个国家的百余名代表出席了会议。会上发表论文72篇。会议主要研讨了物质光—热吸收机理的量子、分子动力学,量子微尺度传输,近临界点热能传递的热流体动力学和分子动力学,金属聚合物的形成,原子分子聚合物和它们的膜凝结、流体相变分子动力学等。

平板微热管阵列及其传热特性

研制了结构紧凑的带有微结构的平板微热管阵列,并对其充装不同工质时的传热性能进行测试。同时对热管内充装不同工质时的热通量进行了测试。结果表明,在使用甲醇、乙醇、丙酮、R141b为工质的情况下该平板微热管阵列的散热效果良好,其中甲醇为工质的散热器在保证芯片表面正常的工作温度下的最大热通量及总热量输运能力分别达到102W·cm-2及102W以上。最高热通量可达200W·cm-2。以甲醇为工质的不同充液率实验表明,平板微热管阵列的热通量随充液率的不同而有所变化,最佳充液率为0.3。

半导体桥对粒状炸药的微对流传热数值模拟

该文用气固两相流理论研究半导体桥使奥克托今炸药（ＨＭＸ）受热发火的微对流传热过程，建立了数值计算的数学模型，并采用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ差分格式进行了数值模拟计算。计算结果说明硅蒸汽冷凝释放潜热在使炸药受热时起主要作用。分析研究了硅等离子云半径、半导体桥厚度。

微纳卫星的微尺度传热问题及其解决方法

对微纳卫星中存在的微尺度传热问题及微尺度传热的研究现状进行了论述和分析.介绍了可以解决微尺度传热问题的几种微器件及其工作原理,提出可以应用于微纳卫星热控设计中的新材料和冷却办法.

轴向导热对微通道内传热特性的影响

以去离子水为工质,在当量直径为155.3μm的三角形硅基微通道中进行了传热特性的实验研究;采用轴向导热与总加热量的比值和轴向导热准则数来分析轴向导热对微通道内传热特性的影响;基于实验结果,对入口段长度进行了计算。根据红外热像仪的测量结果,局部壁面温度沿流动方向上呈非线性规律分布,并计算得出局部Nusselt数沿流动方向上的分布规律。轴向导热与总加热量的比值的变化范围为0.106～0.275,表明轴向导热对微通道内传热特性的影响显著,特别是在Reynolds数较小的情况下。对轴向导热准则数进行了新的修正,在热流密度与入口温度相近的情况下,轴向导热准则数随Reynolds数的增加而减小。

微通道传热用于火焰筒壁面冷却的性能

对微通道传热应用于航空发动机火焰筒冷却进行了探索。构造了简单微通道模型,其上下平面分别代表火焰筒内外壁面;用工程方法计算火焰筒壁面的热环境作为计算模型的边界条件,以Fluent为工具模拟微通道换热结构的冷却性能;涉及两种长径比(20,40)和三种火焰筒压降(2.0%,2.5%,3.0%)。结果表明,含有微通道换热结构的火焰筒,能以较少的冷却气量维持较低的壁面温度;冷却气流吸热后升温明显,冷量利用率可达40%;冷却气量受长径比影响显著,受火焰筒压降影响不大;火焰筒壁面沿流向的温度梯度非常大。

换热技术从大型化向微小化的发展

在分析传统换热器结构特点的基础上,具体分析了目前常用紧凑式换热器的结构、性能及应用情况,阐述了微型化学(化工)机械系统的发展及应用情况。以氨冷器为例,分别进行了板翅式换热器和另一种高效的小型换热装置———热管换热器的设计,表明板翅式换热器具有更加高效的换热效率和紧凑的结构,由此综合说明了换热技术从大型化向紧凑化、微小化发展的必然趋势。进一步以典型的微型化换热器装置———微通道换热器、微通道蒸发器和微通道加热器为例,具体分析了微型换热技术广阔的应用前景。

微槽群散热器换热性能实验研究

对微槽群相变散热器的散热性能进行了实验研究,实验采用了混合工质2-Methylpentane和甲醇来强化系统的换热性能,当混合工质中x_1(2-Methylpentane)的摩尔分数为10%,x_2(甲醇)的摩尔分数为90%时,微槽群散热器的换热性能最优;将该种配比的混合工质分别应用于不同尺寸的微槽群相变散热器中,得出了优化的微槽群深宽尺寸比.实验结果表明,在同一散热热流密度下,与前人的工作相比,能使芯片表面温度降低10～20℃.其散热性能满足大功率高性能电子芯片的散热需求.

微机电系统中热分析的几个问题

本文针对微传热学及其热分析给出一个理论描述 ,以期促进 MEMS设计理论及研究方法的发展 ,适应设计与制造技术趋于一体化研究的需要。

微动力机电系统的发展动态与展望

在阐述微动力机电系统研究意义的基础上,对其在国内外的发展动态及趋势进行了回顾,重点介绍了双区燃烧微涡轮机、微型往复式电力发生器、微转子发动机以及作者研究的微热光电动力系统.这种新型的微热光电系统具有无运动部件、热量利用效率高、制造成本低等优点.最后论述了微机电动力系统研究中面临的主要挑战,并重点总结了需要解决的一些基础问题.

微管内部流动粘性耗散的实验研究与数值模拟

为深入了解微管内部流动及换热机理,对液体在微管内部流动引起的粘性耗散问题进行了理论分析、数值计算和实验验证.以蒸馏水为工质,流过内径为25μm及50μm微光滑石英管,采用非接触式温度测量方法——红外热成像测量液体粘性耗散导致的微管壁面的温度场变化,获得精确的微管外壁温度分布.同时利用SIMPLEC计算方法对其内部流动耗散进行了数值模拟,得到了微管内部流动雷诺数Re和流体温升的关系.实验结果与数值模拟结果相吻合,表明忽略粘性耗散的影响会最终影响微管摩擦系数和Re数的表观实验结果.

芯片冷却技术中的微/纳米材料与结构的研究进展

分析和讨论了芯片冷却技术中应用到的微/纳米材料和结构方面的进展,并对其应用前景作了一定展望。这些内容对于发展新的芯片冷却技术及相关高热流密度器件的冷却应用具有重要的参考价值。

硅基微通道中周期性沸腾的光学可视化

以丙酮为工质,在三角形截面的硅基微通道内进行了微尺度沸腾传热实验研究。在对汽液两相流流型进行光学可视化测量的同时,对压力、温度等信号进行了同步动态测量。发现了周期在毫秒级的微时间尺度的周期性沸腾传热。1个完整的周期可以分成3个子过程:进液阶段,汽泡核化、增长、聚合及爆炸阶段,瞬变液膜蒸发阶段。总结出1个完整周期内所存在的4种汽液两相流流型。鉴别出了沸腾起始点。分析了沸腾传热系数随干度的变化关系,结果表明在本实验工况下:当干度小于0.4时,起主导作用的传热机制为核态沸腾;而当干度大于0.4时,起主导作用的传热机制为强制对流沸腾。

关于微尺度理论

随着纳米材料、微器件、微结构和微系统研究的深入发展及其应用 ,与微尺度效应有关的理论和技术成为当前的研究热点 ,推动着微尺度理论的形成和发展。从微尺度及其判据出发 ,对微尺度理论的几个主要学科做了简要介绍 ,指出了需要解决的关键问题和研究方法。

微型钢管外表面温度场可视化实验研究

为了准确测量微管外表面温度场的分布,并解决沿微管轴向导热对微管内部对流换热的影响,本文把非接触式测量温度方法引入到微尺度实验中.本次研究搭建了能够进行气体、液体流动与换热的微流动实验台,用蒸馏水作为工质,采用红外成像仪加专用红外放大镜头对微型钢管表面温度场作了可视化实验研究,得到了在Re数不变时,不同加热功率下内直径为168μm和外直径为406μm微型钢管外表面温度场的分布图,进而得到了沿轴向温度对沿轴向长度的二次导数.建立简化的数学模型,并通过推导获得了沿轴向的导热对内部对流换热的关系式.实验与理论推导结果表明,在微圆管单相流情况下,其轴向的导热对管内对流换热影响很小,可以忽略不计.

微槽群相变式微冷系统的换热特性实验

对用于大功率电子器件冷却的微槽群相变微冷系统的冷却工质液位高度、蒸发元件表面微槽群尺寸及横向微槽的采用等因素对整个微冷系统散热性能的影响进行了实验研究.在其他条件保持不变的情况下,对液位高度变化、微槽群尺寸及横向微槽的采用对微冷系统散热影响进行了讨论,并确定了该微冷系统的最佳液位参数和最佳尺寸参数.

水和甲醇在硅基微通道中换热特性的实验研究

以水和甲醇为工质,在三角形硅基微通道热沉中进行了层流流动与换热的实验研究．基于实验结果,得出了摩擦常数及平均Nusselt数的实验关联式．并发现入口段效应对微流体的流动与换热的影响十分显著．在相近的工况下对采用这两种工质时的微通道壁温进行了比较,结果表明采用水为工质时壁温较低,其原因主要在于水的导热系数及比热均较高的缘故．并对这两种工质在微通道中流动与换热综合性能进行比较,结果发现采用水为工质时具有较好的综合性能．

微管道内壁面轴向热流实验研究(英文)

以蒸馏水流过内径分别为168μm和399μm的不锈钢微管,研究了微管壁面温度分布和壁面轴向导热特征.依据微面热成像技术,用红外热像仪获得了恒定雷诺数和不同加热功率下微管壁面温度分布图.用一个简化的数学模型表示了壁面轴向导热和流体对流传热关系.实验和理论分析表明微管内壁面轴向导热量微小,与液体对流换热相比可以忽略.

单相液体微槽散热研究进展

对单相液体微槽散热技术研究的三个主要方面:流体流动和传热特性研究、影响因素研究、系统匹配与优化研究进行了回顾与综述。这三方面密切相关,反映了单相液体微槽散热技术的理论和应用水平。阐述了微槽散热技术未来的发展方向。

微尺度热传导的研究进展

介绍微尺度传热的研究方法及成果、微型换热器的结构,分析松弛时间理论近似线性化Boltzmann方程散射项的实用性和局限性.提出微尺度热传导的时空问题,微冷却系统概念.微/纳米、飞/皮秒的传热问题,对传统工程热物理既是一场挑战,也是一场机遇.