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基于声子水动力学方程分析全环绕栅极晶体管的瞬态热输运过程

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物理学报 2024年第14期 127-135页

相较于经典的傅里叶定律,声子水动力学模型在描述纳米尺度超快声子热输运中已经展现出显著优势.全环绕栅极晶体管(GAAFET)通过三维沟道设计极大优化了电学性能,但其纳米尺度特征也导致自热问题和局部过热的挑战.基于此,本文针对纳米尺度... 详细信息

相较于经典的傅里叶定律,声子水动力学模型在描述纳米尺度超快声子热输运中已经展现出显著优势.全环绕栅极晶体管(GAAFET)通过三维沟道设计极大优化了电学性能,但其纳米尺度特征也导致自热问题和局部过热的挑战.基于此,本文针对纳米尺度GAAFET器件内的声子热传输特性开展理论和数值模拟分析.首先,基于声子玻尔兹曼方程严格推导了声子水动力学模型和边界条件,建立了基于有限元的数值求解手段,针对新型的GAAFET器件,分析了表面粗糙度、沟道长度、沟道半径、栅极电介质、界面热阻等因素对其热传输特性的影响规律.研究结果表明,本文构建的连续介质框架下基于声子水动力学模型及温度跳跃条件的非傅里叶热分析方法能够精确预测GAAFET内部非傅里叶声子导热过程,并揭示声子阻尼散射和声子/界面散射的作用机制.这项工作为进一步优化GAAFET的热可靠性设计,提高其热稳定性和工作性能提供了重要的理论支持.

关键词：全环绕栅极晶体管声子水动力学模型温度跳跃非傅里叶热分析

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热电偶测温过程中温度跳跃问题的分析及处理

计测技术 2011年第6期31卷 31-32,55页

作者：尹代冬谢锴中南大学能源科学与工程学院湖南长沙410083

通过对热电偶在测量温度中出现的温度跳跃问题进行分析,对其可能产生故障的原因逐一排查并提出解决方案,重点分析了热电偶在串入附加地电势后导致温度跳跃的原因。本文的研究对于在使用热电偶进行实际工程测量时具有一定指导作用,并对... 详细信息

通过对热电偶在测量温度中出现的温度跳跃问题进行分析,对其可能产生故障的原因逐一排查并提出解决方案,重点分析了热电偶在串入附加地电势后导致温度跳跃的原因。本文的研究对于在使用热电偶进行实际工程测量时具有一定指导作用,并对该问题的理论研究具有一定借鉴意义。

关键词：热电偶热电效应热电势地电势温度跳跃

低压蒸汽环境中水蒸发界面温度和蒸发速率的实验研究

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化工学报 2020年第12期71卷 5489-5497页

作者：郭瑞丰吴春梅于佳佳李友荣重庆大学能源与动力工程学院低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

蒸发相变广泛存在于薄膜过程及晶体生长等工业生产和日常生活中,液层表面蒸发和热毛细对流相互影响、相互制约,使得蒸发界面能量传递机制变得非常复杂。为了深入了解水在低压纯蒸汽环境中的蒸发特性,对环形液池内水蒸发时的温度分布和... 详细信息

蒸发相变广泛存在于薄膜过程及晶体生长等工业生产和日常生活中,液层表面蒸发和热毛细对流相互影响、相互制约,使得蒸发界面能量传递机制变得非常复杂。为了深入了解水在低压纯蒸汽环境中的蒸发特性,对环形液池内水蒸发时的温度分布和蒸发速率进行了一系列实验研究。环形液池壁温控制在3~15℃之间,蒸发环境压力在394~1467 Pa之间变化,开始测量时液层深度为10 mm。结果表明,蒸发界面气相侧温度总是高于液相侧,气液界面存在明显的温度跳跃。随着压比减小,蒸发速率增加,界面温度跳跃随之增大;随着距壁面距离增加,局部蒸发速率降低,温度跳跃值减小;相同压比下,随着壁面温度的升高,气相侧热通量减小,蒸发界面温度跳跃值整体降低;在实验范围内测得的最大温度跳跃值为2.56℃。由于蒸发冷却效应和热毛细对流的耦合作用,蒸发界面下液相侧存在一个厚度为2 mm左右的温度均匀层,且壁面附近温度均匀层厚度大于中间区域厚度。在温度均匀层内,径向温度梯度诱导的热毛细对流将热量从壁面传输至气液界面以补偿蒸发所需汽化潜热;在温度均匀层以下,浮力对流和导热共同作用使得液相温度迅速升高。

关键词：蒸发界面对流低压温度跳跃

轴向热传导和入口效应对圆形微通道对流换热特性的影响

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西安电子科技大学学报 2008年第5期35卷 916-921页

作者：刘焕玲贾建援殷磊西安电子科技大学机电工程学院陕西西安710071

提出了一种考虑轴向热传导、速度滑移、温度跳跃和入口效应情况下圆形微通道能量方程的求解方法.运用分离变量法将能量方程转化为本征值问题,再通过温度跳跃边界条件求解得到了本征值,由本征函数的正交性确定了能量方程的完备解的待定常... 详细信息

提出了一种考虑轴向热传导、速度滑移、温度跳跃和入口效应情况下圆形微通道能量方程的求解方法.运用分离变量法将能量方程转化为本征值问题,再通过温度跳跃边界条件求解得到了本征值,由本征函数的正交性确定了能量方程的完备解的待定常数,给出了流体温度场和努塞尔数的计算表达式.对圆形微通道换热特性进行了数值仿真,结果表明,轴向热传导和入口效应增加了入口处的局部努塞尔数,速度滑移系数越小,局部努塞尔努塞尔数的渐进值越大.

关键词：轴向热传导速度滑移温度跳跃入口效应努塞尔数热交换特性强迫对流

微尺度流动与传热特性分析及层板发汗单元温度场的计算

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微尺度流动与传热特性分析及层板发汗单元温度场的计算

作者：侯永发国防科学技术大学

学位级别：硕士

当流场特征尺寸为微米或亚微米量级时,一些常规大尺度流动中可以被忽略的因素可能在流动中占据主导地位,从而导致各种奇异的微尺度流动现象。本文主要研究滑移区微尺度流动的流动和传热特性,以及考虑微尺度效应下层板发汗单元耦合温度... 详细信息

当流场特征尺寸为微米或亚微米量级时,一些常规大尺度流动中可以被忽略的因素可能在流动中占据主导地位,从而导致各种奇异的微尺度流动现象。本文主要研究滑移区微尺度流动的流动和传热特性,以及考虑微尺度效应下层板发汗单元耦合温度场的计算。本文分析了采用二阶速度滑移和温度跳跃边界的二维微尺度Poisuelle的流动和传热特性。无量纲滑移长度随Kn的增大而减小,阻力系数fRe随Kn减小。Br数表征粘性热耗散的强弱,当Br较小时,导热占主导地位,不同Kn温度分布为线性分布,且壁面处温度跳跃随Kn增大而增大;当Br较大时,不同Kn下,温度分布随Br的增大呈现明显的非线性。低温壁面处的Nu随Kn的增大而减小,说明了微尺度效应削弱了壁面处的导热;粘性热耗散的作用等效于热源作用,随Br的增大,粘性热耗散作用越强烈,低温壁面的导热量越大。高温壁面处的Nu随Kn和Br的变化存在奇点。采用总能双分布函数模型模拟了微尺度条件下的传热问题。从二维Couett流动的模拟结果可以看出,该模型可以有效地模拟粘性热耗散的影响;对二维微尺度Poisuelle流动的模拟进行分析,由于存在温度跳跃,使壁面处导热削弱,局部Nu数随Kn的增大而减小;微尺度效应加强了入口处的换热,入口段长度随Kn的增大而减小。建立层板单元和冷却剂温度场计算的耦合传热模型。当考虑微尺度效应时,层板最高温度高于忽略此效应的温度,且随着Kn的增大,二者的差别也随之增大。热浸深度随冷却剂流量的增大而减小,随单元层板的厚度增大而增大。热浸深度随层板的导热系数的增大几乎以线性方式增大,层板温度随之降低。建立层板单元稳定性分析的数学模型,根据层板温度的非线性分布,采用了抛物线分布假设,应用伽辽金法得到了层板单元的失稳临界厚度。考虑到层板发汗结构工作过程中会使某一流道堵塞,导致层板温度升高,因而需要的更大的层板单元厚度以保证稳定性不被破坏。临界厚度与材料泊松比和热膨胀系数有关,计算表明,高泊松比或热膨胀系数的材料更容易发生热皱损。

关键词：速度滑移温度跳跃总能双分布LBM 层板发汗热皱损

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圆形微通道的热交换特性及其尺寸效应

西安交通大学学报 2007年第11期41卷 1288-1292页

作者：刘焕玲贾建援邵晓东西安电子科技大学机电工程学院西安710071

基于圆形微通道的能量守恒及热传导方程,在考虑速度滑移和温度跳跃的情况下,利用逆解法得到了一个热充分发展的温度场计算式.根据定热流边界条件,推导了圆形微通道的努塞尔数和温度跳跃的新表达式.通过计算努塞尔数和对流换热系数,分析... 详细信息

基于圆形微通道的能量守恒及热传导方程,在考虑速度滑移和温度跳跃的情况下,利用逆解法得到了一个热充分发展的温度场计算式.根据定热流边界条件,推导了圆形微通道的努塞尔数和温度跳跃的新表达式.通过计算努塞尔数和对流换热系数,分析了圆形微通道的热交换特性及尺寸效应,对纯净水在圆形微通道中的换热性能进行了数值仿真.仿真结果表明:在滑移流范围内,随着管径减小,换热系数增大,流固界面的温度跳跃随着与入口端的距离增加而减小,从而验证了理论推导的正确性.

关键词：微通道温度跳跃努塞尔数

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速度滑移对界面热阻影响的分子动力学模拟

工程热物理学报 2013年第8期34卷 1527-1529页

作者：葛宋陈民清华大学航天航空学院传热强化与过程节能教育部重点实验室北京100084

采用分子动力学模拟比较了纳米通道中液体与固体相对静止、液体流动但界面无速度滑移以及液体流动且界面处存在速度滑移三种情况下的界面热阻,分析了流动和速度滑移对液固界面热阻的影响。模拟结果表明在低流速下流动和速度滑移对界面... 详细信息

采用分子动力学模拟比较了纳米通道中液体与固体相对静止、液体流动但界面无速度滑移以及液体流动且界面处存在速度滑移三种情况下的界面热阻,分析了流动和速度滑移对液固界面热阻的影响。模拟结果表明在低流速下流动和速度滑移对界面热阻的影响不显著,在较高流速下会导致界面热阻有10%左右的减小。

关键词：速度滑移温度跳跃界面热阻分子动力学模拟

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微通道内流体流动及换热特性的数值分析

中国机械工程 2007年第16期18卷 1896-1900页

作者：张力闫云飞高振宇重庆大学重庆400030

采用Navier-Stokes方程与滑移边界条件联立的理论分析模型,对等壁温、等热流及无温度梯度工况下,气体在微通道中的流速分布、阻力系数变化趋势(Cf.Re)和传热特性(努塞尔数)进行了数值研究。结果表明:气体稀薄效应可显著减小管内的摩擦... 详细信息

采用Navier-Stokes方程与滑移边界条件联立的理论分析模型,对等壁温、等热流及无温度梯度工况下,气体在微通道中的流速分布、阻力系数变化趋势(Cf.Re)和传热特性(努塞尔数)进行了数值研究。结果表明:气体稀薄效应可显著减小管内的摩擦阻力和努塞尔数,增大气体流速;壁面的速度滑移和温度跳跃对微圆管内换热特性的影响相反,温度跳跃的影响更大;等热流加热与等壁温加热两种情况下,努塞尔数随克努森数的变化趋势明显不同。

关键词：微通道速度滑移温度跳跃克努森数努塞尔数

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圆形微通的对流换热特性研究

电子科技大学学报 2009年第3期38卷 476-480页

作者：刘焕玲贾建援殷磊西安电子科技大学机电工程学院西安710071

针对圆形微通道内流体的强迫对流问题,利用分离变量法求解了考虑轴向热传导、速度滑移和温度跳跃、粘度耗散和入口效应等因素的圆形微通道的控制方程,给出了流体温度场和努塞尔数的计算表达式。对圆形微通道换热特性进行了数值仿真,结... 详细信息

针对圆形微通道内流体的强迫对流问题,利用分离变量法求解了考虑轴向热传导、速度滑移和温度跳跃、粘度耗散和入口效应等因素的圆形微通道的控制方程,给出了流体温度场和努塞尔数的计算表达式。对圆形微通道换热特性进行了数值仿真,结果表明,受尺寸效应的影响,管径越小,平均对流换热系数越大。微通道的换热能力比宏观经典通道强,表明在相同面积上做多个微通道比一个宏观大通道的换热效果好。

关键词：轴向热传导强迫对流努塞尔数速度滑移温度跳跃热入口效应