金属表面微/纳结构设计制造及传质传热性能研究
发布时间：2020-12-08 18:39
金属表面微细结构在改善固体表面润湿性能、提高流动减阻特性、提高微尺度沸腾换热速率,产生滑移流动等方面都显示了很好的发展前景。微尺度结构对固体表面传热传质影响机理的突破将可有效地解决狭小空间内流动阻力过大和高热流密度散热,以及微尺度带来的尺寸和表面效应等难题。由微细结构构成的超疏水表面由于其独有的疏水、流动减阻性能将被微通道内广泛的运用,且纳米结构对微尺度液体流动和传热方面表现的非常规物理现象也在将随着MEMS/NEMS的发展引起重视。另外,分子动力学的模拟方法从分子角度出发研究微尺度微结构对传热传质性能的影响,在本质上解释了其机理。本文提出了一种制备超疏水金属铜表面的方法,并将此方法运用在微通道内的流动减阻上。同时实验研究了铜表面纳米结构对强化沸腾的影响。另外通过分子动力学方法阐明了了微细结构对微尺度液体传热传质性能影响机制。具体研究内容如下:（1）金属超疏水表面的制备:以通过加工微细结构形成超疏水表面为目标,提出了激光-电层积复合加工方法,在固体表面形成多尺度超疏水微细结构。并通过SEM、能谱图来观测固体表面形貌和成分,同时通过静态接触角和滚动角来衡量固体表面的润湿性能,并分析了不同...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表及物理量名称
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 金属表面微细结构的设计制备研究现状
1.3 微结构表面润湿性能的研究概况
1.3.1 润湿性能表面基本理论研究现状
1.3.2 超疏水表面的应用前景
1.4 微细通道内流体流动和传热的研究概况
1.4.1 微细通道内流动特性研究现状
1.4.2 微细通道内传热特性研究现状
1.5 分子模拟
1.5.1 分子动力学模拟方法
1.5.2 固液界面作用的MD模拟发展现状
1.5.3 微通道流体流动的MD模拟发展现状
1.6 课题来源及本文主要研究内容
1.6.1 课题来源
1.6.2 本文主要研究内容
第二章 金属表面微结构的设计制备及润湿性能研究
2.1 引言
2.2 微结构表面润湿性能理论基础
2.2.1 基本原理
2.2.2 固体微结构表面润湿性能表征
2.2.3 液滴在粗糙结构表面的存在方式
2.3 不锈钢表面微结构设计及润湿性能表征
2.3.1 二维及三维微结构表面参数设计及加工
2.3.2 微结构表面形貌及润湿性能表征
2.4 结构分析
2.4.1 微结构参数对润湿性能的影响分析
2.4.2 不同形貌微结构对润湿性能的影响分析
2.5 铜基超疏水微结构表面的制备及表征
2.5.1 铜基表面疏水微结构制造工艺
2.5.2 微结构表面形貌及润湿性能表征
2.5.3 微结构对润湿性能影响分析
2.6 超疏水微细通道内流体流动特性测试分析
2.6.1 超疏水微细通道实验样品制备及通道构建
2.6.2 实验测试系统及操作流程
2.6.3 微结构参数对流动性能的影响
2.6.4 润湿性能对流道流动阻力的影响
2.7 本章小结
第三章 金属表面微结构润湿性能的数值模拟
3.1 前言
3.2 LAMMPS[87]与VMD[88]简介
3.3 分子动力学原理简介
3.3.1 原子间势函数
3.3.2 运动方程
3.3.3 边界条件
3.3.4 计算时间、步长及统计系综
3.4 理论模型
3.4.1 三维几何建模
3.4.2 原子间的势函数设置
3.4.3 模拟系统和模拟方法
3.5 模拟结果和讨论
3.5.1 光滑表面不同作用力对润湿性能的影响
3.5.2 粗糙结构对润湿性能的影响
3.6 本章小结
第四章 金属表面微细结构传热性能数值模拟与实验研究
4.1 前言
4.2 铜基表面微细结构理论模型及模拟系统建立
4.2.1 微结构表面设计及几何建模
4.2.2 固-液粒子势函数参数设置
4.2.3 系统温度控制
4.2.4 模拟方法
4.3 数值模拟结果及讨论
4.3.1 液体在铜基光滑及纳米粗糙结构表面的运动情况
4.3.2 液体在不同微结构表面密度分析
4.3.3 不同微结构表面固液温度分布
4.4 铝基表面微细结构沸腾传热性能数值模拟
4.4.1 模拟系统
4.4.2 模拟结果及讨论
4.5 铜基微细结构表面强化沸腾实验研究
4.5.1 铜基微细结构制备及表征
4.5.2 测试系统及实验方法
4.5.3 沸腾传热曲线分析
4.5.4 气泡动力学分析
4.6 本章小结
第五章 金属表面微细结构内流体流动性能的数值模拟
5.1 前言
5.2 理论模型
5.2.1 三维模型建模
5.2.2 势能函数及边界条件设置
5.2.3 系统温度及速度控制方式
5.3 模拟结果及讨论
5.3.1 微通道内流体速度与温度计算
5.3.2 微通道内流体流动换热系数计算
5.4 纳米粗糙结构对微通道内流体流动分子动力学模拟
5.4.1 模拟系统
5.4.2 纳米粗糙结构对微通道内液体密度的影响
5.4.3 纳米粗糙结构对微通道内液体流动速度和温度的影响
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D couette flow of dusty fluid with transpiration cooling[J]. GOVINDARAJAN A.,RAMAMURTHY V.,SUNDARAMMAL K.. Journal of Zhejiang University(Science A:An International Applied Physics & Engineering Journal). 2007(02)
[2]具有超疏水性质的图案化Ag膜[J]. 白硕,杨凌露,张茂峰,杨朝晖,张智峰,曹维孝. 物理化学学报. 2006(10)
硕士论文
[1]微铝管超疏水表面制备及水流动特性的研究[D]. 霍素斌.大连理工大学 2007
本文编号：2905505
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表及物理量名称
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 金属表面微细结构的设计制备研究现状
1.3 微结构表面润湿性能的研究概况
1.3.1 润湿性能表面基本理论研究现状
1.3.2 超疏水表面的应用前景
1.4 微细通道内流体流动和传热的研究概况
1.4.1 微细通道内流动特性研究现状
1.4.2 微细通道内传热特性研究现状
1.5 分子模拟
1.5.1 分子动力学模拟方法
1.5.2 固液界面作用的MD模拟发展现状
1.5.3 微通道流体流动的MD模拟发展现状
1.6 课题来源及本文主要研究内容
1.6.1 课题来源
1.6.2 本文主要研究内容
第二章 金属表面微结构的设计制备及润湿性能研究
2.1 引言
2.2 微结构表面润湿性能理论基础
2.2.1 基本原理
2.2.2 固体微结构表面润湿性能表征
2.2.3 液滴在粗糙结构表面的存在方式
2.3 不锈钢表面微结构设计及润湿性能表征
2.3.1 二维及三维微结构表面参数设计及加工
2.3.2 微结构表面形貌及润湿性能表征
2.4 结构分析
2.4.1 微结构参数对润湿性能的影响分析
2.4.2 不同形貌微结构对润湿性能的影响分析
2.5 铜基超疏水微结构表面的制备及表征
2.5.1 铜基表面疏水微结构制造工艺
2.5.2 微结构表面形貌及润湿性能表征
2.5.3 微结构对润湿性能影响分析
2.6 超疏水微细通道内流体流动特性测试分析
2.6.1 超疏水微细通道实验样品制备及通道构建
2.6.2 实验测试系统及操作流程
2.6.3 微结构参数对流动性能的影响
2.6.4 润湿性能对流道流动阻力的影响
2.7 本章小结
第三章 金属表面微结构润湿性能的数值模拟
3.1 前言
3.2 LAMMPS[87]与VMD[88]简介
3.3 分子动力学原理简介
3.3.1 原子间势函数
3.3.2 运动方程
3.3.3 边界条件
3.3.4 计算时间、步长及统计系综
3.4 理论模型
3.4.1 三维几何建模
3.4.2 原子间的势函数设置
3.4.3 模拟系统和模拟方法
3.5 模拟结果和讨论
3.5.1 光滑表面不同作用力对润湿性能的影响
3.5.2 粗糙结构对润湿性能的影响
3.6 本章小结
第四章 金属表面微细结构传热性能数值模拟与实验研究
4.1 前言
4.2 铜基表面微细结构理论模型及模拟系统建立
4.2.1 微结构表面设计及几何建模
4.2.2 固-液粒子势函数参数设置
4.2.3 系统温度控制
4.2.4 模拟方法
4.3 数值模拟结果及讨论
4.3.1 液体在铜基光滑及纳米粗糙结构表面的运动情况
4.3.2 液体在不同微结构表面密度分析
4.3.3 不同微结构表面固液温度分布
4.4 铝基表面微细结构沸腾传热性能数值模拟
4.4.1 模拟系统
4.4.2 模拟结果及讨论
4.5 铜基微细结构表面强化沸腾实验研究
4.5.1 铜基微细结构制备及表征
4.5.2 测试系统及实验方法
4.5.3 沸腾传热曲线分析
4.5.4 气泡动力学分析
4.6 本章小结
第五章 金属表面微细结构内流体流动性能的数值模拟
5.1 前言
5.2 理论模型
5.2.1 三维模型建模
5.2.2 势能函数及边界条件设置
5.2.3 系统温度及速度控制方式
5.3 模拟结果及讨论
5.3.1 微通道内流体速度与温度计算
5.3.2 微通道内流体流动换热系数计算
5.4 纳米粗糙结构对微通道内流体流动分子动力学模拟
5.4.1 模拟系统
5.4.2 纳米粗糙结构对微通道内液体密度的影响
5.4.3 纳米粗糙结构对微通道内液体流动速度和温度的影响
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D couette flow of dusty fluid with transpiration cooling[J]. GOVINDARAJAN A.,RAMAMURTHY V.,SUNDARAMMAL K.. Journal of Zhejiang University(Science A:An International Applied Physics & Engineering Journal). 2007(02)
[2]具有超疏水性质的图案化Ag膜[J]. 白硕,杨凌露,张茂峰,杨朝晖,张智峰,曹维孝. 物理化学学报. 2006(10)
硕士论文
[1]微铝管超疏水表面制备及水流动特性的研究[D]. 霍素斌.大连理工大学 2007
本文编号：2905505
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/2905505.html
