润湿性对纳米尺度薄液膜爆炸沸腾现象影响的分子动力学模拟

发布时间：2021-02-02 23:32

　　随着科技和微电子机械加工技术的快速发展,微电子设备越来越趋于微型化和紧凑化,使其热流密度过大,解决其散热问题成为传热领域的研究热点之一。沸腾换热由于具备传热温差小和换热系数高等优点被广泛应用于微电子器件的热管理问题。沸腾相变由于汽泡行为的随机性和影响因素的多样性,使得沸腾相变的研究仍极具挑战性。沸腾相变的精细调控需要从微纳尺度去控制汽泡核化及动力学行为,而设备的微小化也使得沸腾相变行为发生在微纳尺度上。因此,从微纳尺度研究沸腾核化和汽泡行为具有重要意义。本文通过分子动力学的模拟方法研究了壁面润湿性和液膜厚度对纳米尺度薄液膜沸腾的影响,主要内容包括三部分:（1）研究壁面润湿性对沸腾核化起始点的影响,发现纳米尺度薄液膜的沸腾行为和宏观沸腾不同,只有蒸发和爆沸两种形式。当液膜厚度达到一定厚度时,疏水表面液膜爆沸所需过热度小,而亲水表面液膜爆沸所需过热度大,与经典核化理论相符。当亲疏水表面均发生爆沸时,亲水表面更早出现沸腾,这与微观传热模式相关。在纳米尺度,分子碰撞导热占主导,亲水表面固液相互作用势能大,更易于传热,使得爆沸更快发生。（2）除壁面润湿性外,模拟发现液膜厚度也影响液膜的沸腾行为。... 

【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

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例如，在微电子信息领域，电工电子器件精密度日益提高，器件集成度??和热流密度的急剧增加，使得热流密度飙升。电路芯片热流密度可高达１０６Ｗ?ｎｒ２，??散热问题很大程度上制约了电路芯片性能的发展，如图１－１所示。在核动力领域，??核反应堆堆芯的热流密度敁高可达到ｌ〇７Ｗｎｒ２。在航空航天领域，为了满足航天飞??机、卫星飞船与空间站功能的扩张，在航空器冇限空间内增加了大量的电子仪器。??航天器内各种仪器设备愈来品度集成化，设备的热流密度能达到ｌ〇７Ｗｍ人在激光??领域，高性能激光器普遍存在驭动源、激光工作介质等的散热问题，其中ＬＤ阵列??的热流密度不小于ｌＯ＾Ｗｍ＾１。发展高热导率和散热性能良好的换热设备已经成为??很多领域研制设备的关注热点。??驗齡?」氣＇丨—Ｇ??隱歷幕麗??．－Ｖ?＇Ａ，＇?＇??．．．?－?＊．?＾?－ｉ?ｆ，?．?．．．．．．．?＾＊＊??图１－１各代ＣＰＵ芯片的热设ｉ十功耗（单位：Ｗ）?ｍ??传统的风冷和水冷等单相换热方式，存在Ａ用体积大、传热量小等缺点，已无??法满足上述高科技领域设备器件的高热流散热问题。沸腾换热足一种高效散热力＇式

华北电力大学硕士学位论文??固定以防止底板受热变形［？１，且放置为１０．３４?ｎｍ，由４４８０个水分子组成。模拟体系２．４?ｎｍ３。尤和）；方向为周期性边界条件，ｚ方向上边界设有反射墙，当有原子撞击到上壁面时，中没有能量交换和能量损失。为保证液膜中的水分发展，尽可能避免系统顶部边界对沸腾造成影拟结果发现液膜与壁面之间的换热量以及液膜温，所以认为当前的模拟尺寸是合理的。??


本文编号：3015550