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温度梯度表面热驱动现象及行为的分子动力学模拟研究

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温度梯度表面热驱动现象及行为的分子动力学模拟研究

作者：马玉峰南京航空航天大学

学位级别：硕士

当表面存在温度梯度时,一些固体和液体会向低温区域运动,即固体迁移和液体蠕爬。微纳机械和航天机械的发展促使人们不断探索新的驱动方式,温度梯度驱动就是其中一种。利用温度梯度驱动进行散热是微纳电子技术的关键环节。而在摩擦系统中... 详细信息

当表面存在温度梯度时,一些固体和液体会向低温区域运动,即固体迁移和液体蠕爬。微纳机械和航天机械的发展促使人们不断探索新的驱动方式,温度梯度驱动就是其中一种。利用温度梯度驱动进行散热是微纳电子技术的关键环节。而在摩擦系统中,由于摩擦生热在表面上形成的温度梯度会使得润滑油流失,导致润滑失效,因此探究温度梯度驱动的机理具有重要的研究意义。本文采用分子动力学方法从微观角度对温度梯度表面热驱动现象及行为开展了研究。针对固体迁移,本文开展了石墨烯薄片在具有温度梯度的石墨烯表面上运动的分子动力学模拟研究。研究表明:石墨烯薄片在温度梯度驱动下会从高温区域运动到低温区域;表面的温度梯度越大,石墨烯薄片运动的距离越远且运动的越快;石墨烯薄片的运动速度与接触表面的温度相关,初始速度随温度梯度的增大而增大。分析了不同温度梯度下表面的振动幅值,以此解释了石墨烯薄片的运动过程。计算了薄片的功和自由能变化,发现石墨烯薄片的自由能不断减少,且温度梯度越大,自由能减少的越多,即运动遵循能量最低原理,向着系统能量低的方向进行。针对液体蠕爬,本文开展了离子液液滴在具有温度梯度的石墨烯表面上蠕爬运动的模拟研究。研究表明:在不同温度梯度下,液滴均会从高温区域向低温区域蠕爬,且运动的距离和速度随着温度梯度的增大而增大。通过计算液滴表面张力,发现液滴靠近热端的表面张力小,靠近冷端的表面张力大,从而在表面形成表面张力梯度,驱使液滴向低温区域蠕爬。通过功和能量的计算,可以发现离子液液滴的自由能在蠕爬过程中不断减少,向着系统能量低的方向运动。本文利用分子动力学对温度梯度表面热驱动现象及行为进行了研究,并利用运动和能量分析从微观角度对固体迁移和液体蠕爬现象进行了解释。本研究有助于深入理解温度梯度表面热驱动现象的机理并掌握其运动行为的规律和调控方法,为润滑油流失调控和微纳机电系统的设计等提供参考和潜在解决途径。

关键词：温度梯度热驱动分子动力学模拟石墨烯离子液

离心力场细微循环通道热驱动现象显现实验研究

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离心力场细微循环通道热驱动现象显现实验研究

作者：方立南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文是涡轮叶片超级冷却技术的初步研究。对于彻体力场下的热驱动现象进行了验证性显现实验研究与分析。实验中针对液体氟利昂R12研究了其在重力场和离心力场下的热驱动现象，并对热驱动现象进行了理论分析。设计了狭缝高为1mm的封闭循... 详细信息

本文是涡轮叶片超级冷却技术的初步研究。对于彻体力场下的热驱动现象进行了验证性显现实验研究与分析。实验中针对液体氟利昂R12研究了其在重力场和离心力场下的热驱动现象，并对热驱动现象进行了理论分析。设计了狭缝高为1mm的封闭循环通道一系列实验件，通过改变热流密度（5000～80000W／m）和旋转速度（160～1140rpm）以及介质物性（R12与水），研究分析了他们对热驱动流体流动换热的影响效果。利用热电偶测温手段获得了实验件表面温度分布趋势，同时采用了一种新型温度测试技术——热色液晶法，研究了热色液晶测温技术及其制备方法，在实验过程中得到了清晰的液晶显色照片，液晶照片显示的温度场直观地反映出热驱动流动规律。根据实验数据和液晶图片分析，本文达到了显示细小循环通道内热驱动流场的目的，掌握了热驱动流动随影响因素改变的基本变化规律，为进一步的研究工作打下一定的基础。

关键词：热驱动流动换热热色液晶离心力场流场显示

液态金属作为新型超级冷却技术热驱动介质的研究

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液态金属作为新型超级冷却技术热驱动介质的研究

作者：王宏大南京航空航天大学

学位级别：硕士

新型超级冷却技术是基于热驱动理论的一种新型冷却技术。通过前期研究发现,热驱动介质热物性的差别对热驱动换热具有很大的影响。本文针对液态金属钠钾合金的热驱动换热特性进行了实验与数值研究。首先,讨论了液态金属与结构材料的相容... 详细信息

新型超级冷却技术是基于热驱动理论的一种新型冷却技术。通过前期研究发现,热驱动介质热物性的差别对热驱动换热具有很大的影响。本文针对液态金属钠钾合金的热驱动换热特性进行了实验与数值研究。首先,讨论了液态金属与结构材料的相容性问题,根据国内外相关研究,总结了不同液态金属一定条件下的相容性材料。其次,查阅相关材料整理出了液态碱金属热物性随温度的变化规律,通过数值计算得出了液态碱金属的热物性对热驱动换热的影响规律。然后,分别以钠钾合金和水为热驱动介质,对旋转条件封闭循环通道内流体的热驱动换热特性进行了实验研究。分析了热流密度、旋转速度和冷气进口速度对钠钾合金热驱动换热特性的影响。实验结果表明当热流密度、旋转速度和冷气进口速度增加后,钠钾合金的热驱动换热效果明显增强。最后,实验比较了相同条件下钠钾合金和水的热驱动换热效果,同时运用数值模拟的方法比较了钠钾合金和水的换热效果,通过实验和计算的结果比较说明了具有高导热系数的液态金属比水的换热效果优越。通过实验研究和数值计算可知:具有高导热系数的液态金属可以应用到新型超级冷却技术中并能起到良好的冷却效果。

关键词：换热热驱动旋转换热效果液态金属腐蚀

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一种新型热驱动液体泵的结构优化及实验研究

一种新型热驱动液体泵的结构优化及实验研究

作者：谢令浙江大学

学位级别：硕士

热驱动制冷系统中,传统的纯电驱动泵耗电量高,适应性不好;而后出现的利用阀切换来控制液体从低压侧输送到高压侧的方式又不够方便可靠。本文回顾了通过热量输入驱动流体输送的研究进展及其在制冷系统中的应用现状,在一种利用高压蒸汽驱... 详细信息

热驱动制冷系统中,传统的纯电驱动泵耗电量高,适应性不好;而后出现的利用阀切换来控制液体从低压侧输送到高压侧的方式又不够方便可靠。本文回顾了通过热量输入驱动流体输送的研究进展及其在制冷系统中的应用现状,在一种利用高压蒸汽驱动的液体输送泵基础上,对其结构设计进行了优化,对样机进行了加工制造,利用数值计算方法对其流量特性和输送过程特点进行了分析,并搭建了实验平台对其输送性能进行了实验研究。主要研究及结论有：1)与低温热驱动有机朗肯循环发电带动传统电泵的液体输送能力相对比,流量输送能力处于同一水平,明确了新型泵的可行性。2)数值计算结果显示,圆形和扇形结构流量随转速增加先上升后下降,最大流量对应转速分别为85r/min、180r/min,且上升段前段呈近似线性变化,处于满载输送状态;在最大流量对应转速附近有一段平稳段,说明了新型泵具有较好的平稳工作特性;。3)扇形结构相对于圆形结构,流量范围更广,相应的压力平衡孔性能更好,聚四氟乙烯、玻璃纤维、碳纤维和石墨的复合材料用来加工转子,可以达到自密封、抗磨损、摩擦系数小的综合性能要求。4)不同高压压力下,扇形结构流量随转速增加都呈现出先上升后下降的变化特点,且在上升段前段呈近似线性变化,处于满载输送状态,与数值计算相符,且随着高压压力上升,最大流量变小且最大流量对应转速变小;5)不同高压压力下,辅助电机输入功率随转速增加而增大,增大速率与高压压力成正相关;随着高压压力上升,输送性能系数上升,且在满载输送状态结束,转子通道内液体质量开始减小时,达到输送性能系数的最优值,扇形结构新型泵更适合在高压侧压力更高的低转速区间工作。

关键词：液体输送泵热驱动数值计算

Bimorph结构MEMS微镜热驱动性能分析研究

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Bimorph结构MEMS微镜热驱动性能分析研究

作者：刘骏文苏州大学

学位级别：硕士

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)是融合机、光、电、磁等领域技术为一体,将常规集成电路工艺与微机械加工独有特殊工艺相结合的一种前沿技术。其具有能耗低、、体积小、集成度高、灵敏度高和价格低廉等特点,广泛应... 详细信息

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)是融合机、光、电、磁等领域技术为一体,将常规集成电路工艺与微机械加工独有特殊工艺相结合的一种前沿技术。其具有能耗低、、体积小、集成度高、灵敏度高和价格低廉等特点,广泛应用于生物医疗、汽车工业、军事国防、航空航天等领域。电热型MEMS微镜,是一种利用微执行器驱动微反射镜面运动及偏转,以实现调整入射光空间分布的光调制器,广泛应用于通信领域。但电热型MEMS微镜的驱动方式决定了热量及温度对其的影响,故对电热型MEMS微镜进行热分析是非常必要的。本文主要分三部分对电热MEMS微镜的热分析进行研究,即执行器温度分布、驱动臂串扰和衬底温度。第一部分,针对电热MEMS微镜的一种Bimorph驱动器结构,以其热阻模型为基础,提出解耦和求解其功率分布与温度分布的方法;并以Bimorph平均温度为参考指标,提出一种Bimorph结构对流系数的估算方法。第二部分,以一种有四个驱动臂的电热MEMS微镜研究对象,根据Bimorph结构中热源位置建立不同热串扰模型,分析其参数与驱动臂温度的关系,并以此提出抑制热串扰及提高加电驱动臂温度的可行性建议。最后,分析衬底温度。以一种衬底上嵌入了测温电阻的电热型MEMS微镜为研究对象,建立TO封装模型,并分析静态温度和温度响应,为提高衬底温度响应速度和保持衬底恒温提供了支撑。通过建模、理论分析推导、仿真和测试,对电热MEMS微镜进行了较全面的热分析,充实了电热MEMS微镜在热领域的研究内容,对电热MEMS微镜的设计及其应用具有重要价值。

关键词： Bimorph结构 MEMS微镜热驱动性能分析

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热驱动微型电场传感器

热驱动微型电场传感器

热驱动的扩散吸收式制冷空调教学实验装置的研制

中国微米、纳米技术第七届学术会年会

作者：陈贤祥彭春荣白强陈绍凤夏善红中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室

提出了一种新型的热驱动微型电场传感器,该微型电场传感器采用MUMPs表面微细加工工艺加工,主要包括屏蔽电极、感应电极和热驱动结构三部分。其工作原理属于电荷感应式,用接地的屏蔽电极的用期运动来调制感应电极上在外部电场作用下感应... 详细信息

提出了一种新型的热驱动微型电场传感器,该微型电场传感器采用MUMPs表面微细加工工艺加工,主要包括屏蔽电极、感应电极和热驱动结构三部分。其工作原理属于电荷感应式,用接地的屏蔽电极的用期运动来调制感应电极上在外部电场作用下感应的电荷,形成与外电场成正比的电流信号。用有限元法模拟了热驱动结构的驱动电压与温度、驱动位移和驱动力之间的关系,ANSYS模拟和理论计算结果表明,在±2V的驱动电压下,在实现数微牛驱动力的同时可以实现5.2μm的驱动位移.以1kHz的频率工作时,在10kV/m的外部电场强度下,感应电流超过400pA。

关键词：微型电场传感器热驱动有限元模拟微细加工

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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中国现代教育装备 2011年第1期 51-53页

作者：刘忠宝王庆华北京工业大学北京100124

介绍了热驱动的扩散吸收式制冷空调教学实验装置的研制背景、组成、工作原理及应用情况。实验内容设计为开放式、研究性,因而通过本实验装置,学生不仅可以巩固扩散吸收式制冷系统的基本原理、流程、结构,而且对扩散吸收式制冷系统常见... 详细信息

介绍了热驱动的扩散吸收式制冷空调教学实验装置的研制背景、组成、工作原理及应用情况。实验内容设计为开放式、研究性,因而通过本实验装置,学生不仅可以巩固扩散吸收式制冷系统的基本原理、流程、结构,而且对扩散吸收式制冷系统常见的故障可以较为熟练地排除,提高学生的工程实践和动手能力,更有利于培养学生的综合实践能力、创新思维意识和创新思维能力。

关键词：热驱动制冷实验装置研制