摘要
微纳尺度下的尺度效应对传热传质的影响随着MEMS/NEMS的发展受到了广泛关注。微纳尺度下如何强化沸腾传热是学界关注的焦点，对纳米尺度下固体表面快速沸腾机理的研究具有重要意义，可有效解决电子设备微型化、紧凑化带来的高热流密度散热难题。现阶段通过实验对微尺度传热的非常规物理现象进行分析具有很大挑战，分子动力学模拟以从分子尺度分析传热传质性能受结构影响的机理。本文采用分子动力学模拟研究了纳米尺度下表面结构对强化传热的影响，主要内容包含三个部分。 (1)研究两种表面结构（T型和立方体）对平板上快速沸腾传热的影响。结果表明，表面结构相对于光滑平板表面，可促进沸腾的产生并有强化传热。不同的表面结构对沸腾产生的影响程度不同，一方面是对沸腾产生的快慢的影响，一方面是对传热效果的影响。这三种表面上产生沸腾的速度及热流量的比较结果均表明，T型结构表面＞立方体结构表面＞光滑平板表面。 (2)高精度结构表面在实际工程上加工难度大、在高温高压中很难稳定存在，因此本论文还模拟研究了工程应用意义较好的楔形槽道结构对快速沸腾的影响规律。研究相同当量直径情况下、不同尺寸的楔形槽道对平板上快速沸腾的影响规律，结果表明，槽道的引入可促进沸腾的产生并强化传热，并且楔形槽道的尺寸影响沸腾强化程度。 (3)进一步对球形纳米颗粒表面的快速沸腾进行了研究，分析纳米直径的变化对其表面附近传热效果的影响规律，为以后探索平板表面纳米流体的快速沸腾奠定基础。结果表明，纳米颗粒直径可较明显影响其表面传热，直径为3nm的纳米颗粒表面的水层扰动比2nm直径时表面的扰动更剧烈、传热效果更好、热流密度更大。 综上，本文研究了平板、T型结构、立方体结构、槽道结构、球形纳米表面等不同表面结构对快速沸腾传热的影响规律，但表面结构对产生快速沸腾、传热性能提高等的影响效果有显著区别。这对进一步的纳米结构表面快速沸腾传热强化研究具有重要的指导意义。
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