微通道內(nèi)液體流動(dòng)和傳熱研究進(jìn)展.pdf

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1、第6卷第4期熱科學(xué)與技術(shù)Vol.6No.42007年12月JournalofThermalScienceandTechnologyDec.2007文章編號(hào):1671-8097(2007)04-0283-06微通道內(nèi)液體流動(dòng)和傳熱研究進(jìn)展劉敏珊,王國(guó)營(yíng),董其伍(鄭州大學(xué)河南省過(guò)程傳熱和節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南鄭州450002)摘要:隨著尺度的微細(xì)化,微通道內(nèi)液體的流動(dòng)和傳熱出現(xiàn)了不同于常規(guī)尺度的現(xiàn)象。液體流動(dòng)的Re、傳熱Nu和摩擦常數(shù)C等都出現(xiàn)了新的變化規(guī)律。許多在常規(guī)尺度下不重要的因素如黏性耗散、軸向熱傳導(dǎo)和表面浸潤(rùn)性等都開(kāi)始變的突出。研究流體在微通道的流動(dòng)和傳熱

2、規(guī)律,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)微通道內(nèi)液體的流動(dòng)和傳熱研究進(jìn)行了總結(jié),尤其是對(duì)微通道內(nèi)液體的黏性耗散進(jìn)行了詳細(xì)的分析。關(guān)鍵詞:微通道;黏性耗散;流動(dòng)和傳熱中圖分類號(hào):TK124文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A黏度比較大;進(jìn)行深入的研究存在著很多困難。液0引言體分子不像氣體分子一樣,可以通過(guò)Kn來(lái)判斷隨著尺度的微細(xì)化,微通道內(nèi)的流體流動(dòng)和流動(dòng)狀態(tài)。學(xué)者們對(duì)微通道內(nèi)液體流動(dòng)的研究結(jié)傳熱逐漸出現(xiàn)不同于常規(guī)尺度的現(xiàn)象。由于現(xiàn)代果并不統(tǒng)一,有時(shí)結(jié)論甚至相互矛盾。Wang和[21]毫微米制造技術(shù)、高集成度微電子器件以及微加Peng對(duì)水和甲醇在矩形橫截面內(nèi)的單相強(qiáng)迫工技術(shù)和微電子機(jī)械系統(tǒng)等的實(shí)

3、現(xiàn),探究微通道對(duì)流換熱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。發(fā)現(xiàn)在充分發(fā)展的湍內(nèi)流體流動(dòng)和傳熱的規(guī)律,并將其服務(wù)于工業(yè)生流區(qū),臨界雷諾數(shù)滿足:1000

4、流。[10]Stokes方程和能量方程已不能真實(shí)的反映流動(dòng)和Mala和Li研究了去離子水在微管(50～254傳熱的規(guī)律。另一方面雖然連續(xù)性假設(shè)仍然成立,Lm)內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律,發(fā)現(xiàn)流動(dòng)過(guò)早轉(zhuǎn)變,壓力梯度[19]但是主要的影響因素已經(jīng)發(fā)生了變化。由于尺度也比傳統(tǒng)值高,并且是Re的函數(shù)。Qu等對(duì)梯的微細(xì)化,表面積與體積比得到大大的增加,因此形硅基通道內(nèi)水的流動(dòng)和傳熱規(guī)律進(jìn)行了研究。表面效應(yīng)不可忽略,與表面有關(guān)的各種力也變得實(shí)驗(yàn)Re滿足:100

5、之間的相互作用勢(shì)產(chǎn)生的,主要包括表面張力、并將壓力梯度的升高和Nu的降低歸因于壁面粗[30]離子因電離產(chǎn)生的庫(kù)侖力、分子極化產(chǎn)生的范德糙度的影響。蔣潔等對(duì)寬900Lm、深350Lm且華力,空間位形力等。間隔500Lm的13條微通道進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。發(fā)現(xiàn)摩擦阻力系數(shù)隨著Re的增加而減小。在水流量1研究現(xiàn)狀較小時(shí),Nu較宏觀流動(dòng)中充分發(fā)展值小,且保持人們對(duì)微通道內(nèi)的氣體流動(dòng)規(guī)律已經(jīng)有了比不變。在大流量時(shí),Nu隨水量的增加而快速的增較深刻的認(rèn)識(shí),但是由于液體分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,大,不久便超過(guò)了常規(guī)值。Hetsroni等在文獻(xiàn)收稿日期:2007-08-31;修回日期:20

6、07-11-07.作者簡(jiǎn)介:劉敏珊(1943-),女,教授,博士生導(dǎo)師.284熱科學(xué)與技術(shù)第6卷[26]中分別統(tǒng)計(jì)了部分學(xué)者在光滑通道和粗糙和傳熱的各種影響因素進(jìn)行了詳盡的分析。文獻(xiàn)通道內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果顯示對(duì)于大部分光滑通[27]研究了微通道雙電層對(duì)壓強(qiáng)梯度液體流動(dòng)道中的單相流,臨界Re與傳統(tǒng)值偏離不是很大,的阻力效應(yīng),采用數(shù)值方法求解了雙電層的Po也接近于1。而對(duì)于粗糙通道內(nèi),部分臨界RePoisson-Boltzman方程和液體流動(dòng)的產(chǎn)生較大的偏差,而且Po也不再保持為1,有的Navier-Stokes方程。文獻(xiàn)[10]通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)方甚至不再是常數(shù)而變

7、為Re的函數(shù)。文獻(xiàn)[2]表明法模擬了液態(tài)氬在鉑納米通道內(nèi)的Couette流在梯形微通道內(nèi)Nu是Re、Pr、表面粗糙度、幾何動(dòng)。文獻(xiàn)[10]指出隨著液體原子與固體分子作用參數(shù)和表面材料的函數(shù)。摩擦常數(shù)C則是Re、表勢(shì)的強(qiáng)弱變化,液體可能表現(xiàn)出滑移、無(wú)滑移和負(fù)面粗糙度、幾何參數(shù)和表面材料的函數(shù)。文獻(xiàn)[5]滑移等,并分別對(duì)疏水性表面和親水性表面兩種研究了R134a在恒熱流密度下,微管中(1.7、1.2情況進(jìn)行了分析。和0.8mm)Nu和傳熱系數(shù)h的變化規(guī)律。研究發(fā)2主要影響因素分析現(xiàn)在高Re(Re>5000)下傳熱系數(shù)隨著直徑的減小明顯增大,在低Re下,雖然三管差別

8、不大,但微通道內(nèi)流體的流動(dòng)和傳熱主要受