微通道内纳米流体传热和细微颗粒分选研究
发布时间：2023-10-13 20:23
纳米流体、悬浮液中的细微颗粒分选都属于颗粒流的范畴。微通道内颗粒流传质传热问题广泛存在制药、生物、食品、能源、化工等领域,已经成为近几年的研究热点。在能源方面,用传统的冷却工质的微通道热沉已经不能满足高强度的散热要求,需要发展用纳米流体冷却的微通道热沉。在药物筛选方面,微通道内细微颗粒的分选具有良好的应用前景。首先,综述了纳米流体导热机理、纳米流体在微通道热沉中的应用研究及研究方法,发现有关纳米流体强化传热的机理及影响因素还不够多,关于微通道内的流动、换热规律的研究还不够深入,还有待进一步探索和研究。此外,还对微通道内颗粒分选技术进行综述,发现针对粒径为0.5-5μm的细微颗粒,单一的分选技术不能达到要求,需要耦合热泳分选和惯性分选技术。其次,介绍微尺度流动的基本方程、边界条件、流动状态以及微尺度流场的影响因素,理解微尺度流场的理论知识;详细介绍了纳米流体、颗粒分选采用的两相流模型,并对整个数值模拟过程的方法和过程做了阐述。然后,在考虑了温度、粘度、浓度、布朗和热泳运动的相互作用后,建立了非均匀两相模型,以研究Al2O3-水纳米流体作为冷却剂在微通道热沉中流动换热情况。通过数值模拟,得...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 微通道内纳米流体传热研究
1.2.1 纳米流体导热机理研究
1.2.2 纳米流体应用研究
1.2.3 研究方法
1.3 微通道内细微颗粒分选研究
1.3.1 主动分选技术
1.3.2 被动分选技术
1.4 本文的研究内容
第二章 微尺度两相流计算方法
2.1 微尺度流动
2.1.1 流体力学的基本方程
2.1.2 边界条件
2.1.3 流体的流动状态
2.1.4 微流场的其他问题
2.2 两相流模型
2.2.1 纳米流体-非均匀两相模型
2.2.2 颗粒分选-离散相模型
2.2.3 其他模型
2.3 微尺度两相流模型的数值模拟
2.3.1 数值模拟方法
2.3.2 数值模拟过程
2.4 本章小结
第三章 微通道热沉内纳米流体流动换热
3.1 微通道热沉结构设计
3.2 纳米流体的数值模型
3.2.1 控制方程
3.2.2 边界条件
3.3 纳米流体的物性参数编程
3.3.1 物性参数表达式
3.3.2 纳米流体物性参数udf编程
3.4 求解公式及有效性的验证
3.4.1 求解公式
3.4.2 有效性验证
3.5 微通道热沉内纳米流体传热分析
3.5.1 机理分析
3.5.2 规律研究
3.6 交错凹槽微通道热沉结构优化
3.6.1 进出口分布位置
3.6.2 凹槽长度比的优选
3.6.3 凹槽宽度比的优选
3.6.4 凹槽形状的优选
3.6.5 综合评价
3.7 本章小结
第四章 微通道内细微颗粒的热泳分选规律研究
4.1 分选器的结构模型
4.2 数值模型
4.2.1 控制方程
4.2.2 颗粒受力分析
4.2.3 有效性验证
4.3 热泳分选结果分析
4.3.1 流场和温度场分析
4.3.2 温度对颗粒轨迹的影响
4.3.3 入口流速对分离效率的影响
4.3.4 入口流速比对侧向位移的影响
4.4 热泳耦合分选研究
4.4.1 热泳耦合分选机理
4.4.2 流场对分离效果的影响
4.4.3 收缩-扩张腔数量对分选效果的影响
4.4.4 收缩-扩张比对分选效果的影响
4.4.5 热泳耦合分选器的结构改进
4.5 细微颗粒热泳耦合分选实验
4.5.1 热泳耦合芯片加工
4.5.2 分选实验方法
4.5.3 实验平台原理及搭建
4.5.4 实验过程
4.5.5 实验结果与分析
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 本文总结
5.2 未来展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3853707
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 微通道内纳米流体传热研究
1.2.1 纳米流体导热机理研究
1.2.2 纳米流体应用研究
1.2.3 研究方法
1.3 微通道内细微颗粒分选研究
1.3.1 主动分选技术
1.3.2 被动分选技术
1.4 本文的研究内容
第二章 微尺度两相流计算方法
2.1 微尺度流动
2.1.1 流体力学的基本方程
2.1.2 边界条件
2.1.3 流体的流动状态
2.1.4 微流场的其他问题
2.2 两相流模型
2.2.1 纳米流体-非均匀两相模型
2.2.2 颗粒分选-离散相模型
2.2.3 其他模型
2.3 微尺度两相流模型的数值模拟
2.3.1 数值模拟方法
2.3.2 数值模拟过程
2.4 本章小结
第三章 微通道热沉内纳米流体流动换热
3.1 微通道热沉结构设计
3.2 纳米流体的数值模型
3.2.1 控制方程
3.2.2 边界条件
3.3 纳米流体的物性参数编程
3.3.1 物性参数表达式
3.3.2 纳米流体物性参数udf编程
3.4 求解公式及有效性的验证
3.4.1 求解公式
3.4.2 有效性验证
3.5 微通道热沉内纳米流体传热分析
3.5.1 机理分析
3.5.2 规律研究
3.6 交错凹槽微通道热沉结构优化
3.6.1 进出口分布位置
3.6.2 凹槽长度比的优选
3.6.3 凹槽宽度比的优选
3.6.4 凹槽形状的优选
3.6.5 综合评价
3.7 本章小结
第四章 微通道内细微颗粒的热泳分选规律研究
4.1 分选器的结构模型
4.2 数值模型
4.2.1 控制方程
4.2.2 颗粒受力分析
4.2.3 有效性验证
4.3 热泳分选结果分析
4.3.1 流场和温度场分析
4.3.2 温度对颗粒轨迹的影响
4.3.3 入口流速对分离效率的影响
4.3.4 入口流速比对侧向位移的影响
4.4 热泳耦合分选研究
4.4.1 热泳耦合分选机理
4.4.2 流场对分离效果的影响
4.4.3 收缩-扩张腔数量对分选效果的影响
4.4.4 收缩-扩张比对分选效果的影响
4.4.5 热泳耦合分选器的结构改进
4.5 细微颗粒热泳耦合分选实验
4.5.1 热泳耦合芯片加工
4.5.2 分选实验方法
4.5.3 实验平台原理及搭建
4.5.4 实验过程
4.5.5 实验结果与分析
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 本文总结
5.2 未来展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3853707
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3853707.html