微通道内液体流动和传热研究进展.pdf

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1、第6卷第4期热科学与技术Vol.6No.42007年12月JournalofThermalScienceandTechnologyDec.2007文章编号:1671-8097(2007)04-0283-06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450002)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Re、传热Nu和摩擦常数C等都出现了新的变化规律。许多在常规尺度下不重要的因素如黏性耗散、轴向热传导和表面浸润性等都开始变的突出。研究流体在微通道的流动和传热

2、规律,具有重要的现实意义。对微通道内液体的流动和传热研究进行了总结,尤其是对微通道内液体的黏性耗散进行了详细的分析。关键词:微通道;黏性耗散;流动和传热中图分类号:TK124文献标识码:A黏度比较大;进行深入的研究存在着很多困难。液0引言体分子不像气体分子一样,可以通过Kn来判断随着尺度的微细化,微通道内的流体流动和流动状态。学者们对微通道内液体流动的研究结传热逐渐出现不同于常规尺度的现象。由于现代果并不统一,有时结论甚至相互矛盾。Wang和[21]毫微米制造技术、高集成度微电子器件以及微加Peng对水和甲醇在矩形横截面内的单相强迫工技术和微电子机械系统等的实

3、现,探究微通道对流换热进行了实验研究。发现在充分发展的湍内流体流动和传热的规律,并将其服务于工业生流区,临界雷诺数满足:1000

4、流。[10]Stokes方程和能量方程已不能真实的反映流动和Mala和Li研究了去离子水在微管(50～254传热的规律。另一方面虽然连续性假设仍然成立,Lm)内的流动规律,发现流动过早转变,压力梯度[19]但是主要的影响因素已经发生了变化。由于尺度也比传统值高,并且是Re的函数。Qu等对梯的微细化,表面积与体积比得到大大的增加,因此形硅基通道内水的流动和传热规律进行了研究。表面效应不可忽略,与表面有关的各种力也变得实验Re满足:100

5、之间的相互作用势产生的,主要包括表面张力、并将压力梯度的升高和Nu的降低归因于壁面粗[30]离子因电离产生的库仑力、分子极化产生的范德糙度的影响。蒋洁等对宽900Lm、深350Lm且华力,空间位形力等。间隔500Lm的13条微通道进行了实验研究。发现摩擦阻力系数随着Re的增加而减小。在水流量1研究现状较小时,Nu较宏观流动中充分发展值小,且保持人们对微通道内的气体流动规律已经有了比不变。在大流量时,Nu随水量的增加而快速的增较深刻的认识,但是由于液体分子结构比较复杂,大,不久便超过了常规值。Hetsroni等在文献收稿日期:2007-08-31;修回日期:20

6、07-11-07.作者简介:刘敏珊(1943-),女,教授,博士生导师.284热科学与技术第6卷[26]中分别统计了部分学者在光滑通道和粗糙和传热的各种影响因素进行了详尽的分析。文献通道内的实验结果。结果显示对于大部分光滑通[27]研究了微通道双电层对压强梯度液体流动道中的单相流,临界Re与传统值偏离不是很大,的阻力效应,采用数值方法求解了双电层的Po也接近于1。而对于粗糙通道内,部分临界RePoisson-Boltzman方程和液体流动的产生较大的偏差,而且Po也不再保持为1,有的Navier-Stokes方程。文献[10]通过分子动力学方甚至不再是常数而变

7、为Re的函数。文献[2]表明法模拟了液态氩在铂纳米通道内的Couette流在梯形微通道内Nu是Re、Pr、表面粗糙度、几何动。文献[10]指出随着液体原子与固体分子作用参数和表面材料的函数。摩擦常数C则是Re、表势的强弱变化,液体可能表现出滑移、无滑移和负面粗糙度、几何参数和表面材料的函数。文献[5]滑移等,并分别对疏水性表面和亲水性表面两种研究了R134a在恒热流密度下,微管中(1.7、1.2情况进行了分析。和0.8mm)Nu和传热系数h的变化规律。研究发2主要影响因素分析现在高Re(Re>5000)下传热系数随着直径的减小明显增大,在低Re下,虽然三管差别

8、不大,但微通道内流体的流动和传热主要受