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润滑与密封 2023年第6期48卷 95-103页

作者：鹿翔宇许波陈振乾东南大学能源与环境学院江苏南京210096

箔片气体轴承微间隙内的流场常处于滑移区,甚至过渡区,会出现一些微观效应,其热特性的研究采用宏观方法已不再合适。为研究不同工况下动压气体轴承间隙热特性变化规律,基于格子Boltzmann方法建立包含黏性热耗散项的径向轴承间隙传热数... 详细信息

箔片气体轴承微间隙内的流场常处于滑移区,甚至过渡区,会出现一些微观效应,其热特性的研究采用宏观方法已不再合适。为研究不同工况下动压气体轴承间隙热特性变化规律,基于格子Boltzmann方法建立包含黏性热耗散项的径向轴承间隙传热数值模型;采用总能形式的双分布函数热模型,通过有限差分离散将其应用到贴体网格中,同时引入速度滑移和温度阶跃边界条件,通过数值计算得到不同参数下的轴承间隙气膜温度分布,并分析了不同埃克特数(Ec)、偏心率和转速条件以及温度阶跃对黏性热耗散的影响。结果表明,当Ec数、偏心率和转速增大时,气膜最高温度增加,两侧的温度阶跃增加;温度阶跃效应的忽略均会导致黏性热耗散量不同程度的低估。

关键词：动压气体轴承黏性热耗散热特性格子Boltzmann方法温度阶跃

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基于总能形式的耦合的双分布函数热晶格玻尔兹曼数值方法

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物理学报 2015年第15期64卷 307-319页

作者：刘飞飞魏守水魏长智任晓飞山东大学控制科学与工程学院济南250061 济南大学信息科学与工程学院济南250002

双分布函数热晶格玻尔兹曼数值方法在微尺度热流动系统中得到广泛的应用.本文基于晶格玻尔兹曼平衡分布函数低阶Hermite展开式,创新性地提出了包含黏性热耗散和压缩功的耦合的双分布函数热晶格玻尔兹曼数值方法,将能量场内温度的变化以... 详细信息

双分布函数热晶格玻尔兹曼数值方法在微尺度热流动系统中得到广泛的应用.本文基于晶格玻尔兹曼平衡分布函数低阶Hermite展开式,创新性地提出了包含黏性热耗散和压缩功的耦合的双分布函数热晶格玻尔兹曼数值方法,将能量场内温度的变化以动量源的形式引入晶格波尔兹曼动量演化方程,实现了能量场与动量场之间的耦合.研究了考虑黏性热耗散和压缩功的和不考虑的两种热自然对流模型,重点分析了不同瑞利数和普朗特数下流场内的流动情况以及温度、速度和平均努赛尔数的变化趋势.本文实验结果与文献结果一致,验证了本文数值方法的可行性和准确性.研究结果表明:随着瑞利数和普朗特数的增大,方腔内对流传热作用逐渐增强,边界处形成明显的边界层;考虑黏性热耗散和压缩功的模型对流作用相对增强,黏性热耗散和压缩功对自然对流的影响在微尺度流动过程中不能忽略.

关键词：晶格波尔兹曼方法自然对流黏性热耗散压缩功

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基于LB方法的微通道热沉传热机理数值模拟研究

基于LB方法的微通道热沉传热机理数值模拟研究

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作者：张海峰华中科技大学

学位级别：硕士

随着电子器件性能的快速提升,冷却系统热负荷的大幅增加,同时换热空间趋于微型化,传统的风冷及液冷技术难以满足高性能电子器件的热管理需求。微通道热沉具有结构紧凑、单位体积散热量高等突出优势,目前已经成为大规模集成电路及微电子... 详细信息

随着电子器件性能的快速提升,冷却系统热负荷的大幅增加,同时换热空间趋于微型化,传统的风冷及液冷技术难以满足高性能电子器件的热管理需求。微通道热沉具有结构紧凑、单位体积散热量高等突出优势,目前已经成为大规模集成电路及微电子器件冷却的重要手段。现阶段关于微通道热沉的研究以实验研究为主,实验研究只能捕捉到微通道热沉整体性能的变化,难以揭示其内部流动和传热的微观机理。而已有的模拟研究往往忽略了固液间热物性参数对耦合传热的影响,且较少考虑多个微尺度效应对微通道热沉的综合影响,且很少将机理研究延展至三维微通道热沉。这些研究上的不足限制了人们对微通道热沉传热机理的认识,也成为优化微通道热沉换热性能的瓶颈。本文首先通过理论分析揭示了耦合传热问题的本质,并借助LB方法易于处理复杂边界、编程简单等优势,充分考虑了固液间的耦合传热,建立了描述微通道热沉内部流动和能量传递的LB模型;在此模型的基础上对不同结构化表面、壁面厚度、固液的热物性参数以及雷诺数对微通道热沉内部工质的流动和传热的影响进行数值研究,结果表明,通道的结构对流体的流动和传热影响显著,增大Re数和固液热导率比以及减小固液热容比能优化微通道热沉的换热性能;此外,我们将黏性热耗散效应、入口效应与幂率流体综合分析,研究结果证明增大Br数和幂率指数会导致微通道热沉的换热性能恶化;最后,本文将微通道热沉的研究延展三维,对侧壁面的尺寸优化和固液热导率比的影响进行了分析,结果显示增加侧壁面厚度能提高侧壁面的局部Nu数,但也会导致整个换热系统的温度提高,而在一定范围内,增大固液的热导率比可以降低微通道热沉的壁面温度。本文的研究明晰了微通道热沉在不同结构参数和热物性参数下其换热性能的变化规律,揭示了黏性热耗散效应和幂率指数影响下微通道热沉内部的传热机理,研究结果可对微通道热沉换热性能的强化提供理论指导和数据支持。

关键词：微通道热沉格子Boltzmann方法耦合传热黏性热耗散幂律流体

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基于熵的微流动传热特性的数值分析

基于熵的微流动传热特性的数值分析

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作者：王阳南昌大学

学位级别：硕士

微流控芯片广泛应用于样品传输、分析、检测以及微电子元器件的散热,具有尺寸小、成本低、响应快和精度高等特点。微流控芯片内流体驱动方式主要为电渗驱动、压力驱动及其混合驱动。本文对微通道内流体流动的传热过程进行了理论分析和... 详细信息

微流控芯片广泛应用于样品传输、分析、检测以及微电子元器件的散热,具有尺寸小、成本低、响应快和精度高等特点。微流控芯片内流体驱动方式主要为电渗驱动、压力驱动及其混合驱动。本文对微通道内流体流动的传热过程进行了理论分析和数值模拟,系统地研究了各流动参数对传热特性的影响。主要研究内容和结论如下:考虑流体热物变性与焦耳热效应、黏性热耗散的影响,研究二维平板微通道内电渗流的传热特性,分析不同的流动参数对整个传热过程的影响。结果表明大部分情况下无需考虑流体的物变性,焦耳热系数进一步抑制物变性的影响。黏性热耗散是zeta电势和动电参数的减函数,焦耳热效应是zeta电势和动电参数的增函数。总体上,zeta电势越大,无量纲温度越高。使用熵增加原理来研究二维平板微通道内电渗—压力混合驱动流的传热传质过程,分析流体内能增大过程中各热效应所占比重。结果表明反向混合驱动流内无量纲温度和熵低于正向混合驱动流的。微通道中心区域内流体的熵是最小的,壁面处的最大。无量纲离子浓度是动电参数K的增函数。流动参数对各热效应的作用较大,影响熵增加过程中各热效应所作的贡献。考虑黏性热耗散以及流体电阻非均匀分布的影响,研究二维平板微通道内压力驱动流的传热过程,分析不同流动参数对传热过程及流动电势的影响。结果表明电流密度平衡条件可以更准确地描述电黏性效应。动电参数不影响黏性热耗散的强弱。动电参数K=10时电黏性效应最明显,流体总熵最小。流动速度、熵和流动电势均为电黏性系数的减函数。通过分析各流动参数对微流体传热过程的影响,使得焦耳热效应与黏性热耗散几乎不影响传热过程,使微流体达到最大的传热效率,对微流控芯片的开发及微电子元器件散热设计具有一定的指导意义。

关键词：微通道熵焦耳热黏性热耗散数值分析

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