本文關(guān)鍵詞：納尺度分形結(jié)構(gòu)中傳熱特性的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 納尺度 熱導(dǎo)率 蒸發(fā) 分形 分子動(dòng)力學(xué)

【摘要】：納尺度傳熱在微機(jī)電系統(tǒng)、微電子冷卻、熱電制冷等方面有著廣泛的應(yīng)用前景,該方面的研究對(duì)于探索微觀運(yùn)動(dòng)傳遞規(guī)律具有重要的科學(xué)意義。隨著熱構(gòu)件尺寸不斷微型化,熱構(gòu)件尺寸與粒子平均自由程的量級(jí)相當(dāng),這導(dǎo)致尺度效應(yīng)對(duì)熱構(gòu)件傳熱行為的影響作用越來越突出,其影響機(jī)理日益受到人們的重視。目前,納尺度傳熱已成為國(guó)際微納米尺度傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域的一個(gè)前沿研究熱點(diǎn)。在納尺度系統(tǒng)中,熱量傳遞發(fā)生在一個(gè)受限的納尺度空間中,導(dǎo)致傳熱過程中表現(xiàn)出顯著的固-固界面效應(yīng)和流-固界面效應(yīng),這使得納尺度熱傳導(dǎo)和氣液相變有著獨(dú)特的微觀傳遞機(jī)制,例如納米復(fù)合材料的聲子熱傳導(dǎo)和粗糙表面的液膜蒸發(fā)。目前,納尺度傳熱中界面效應(yīng)尚未得到全面揭示,特別是納米復(fù)合材料熱導(dǎo)率和粗糙表面液膜蒸發(fā)過程缺乏深入的研究。再者,納米復(fù)合材料導(dǎo)熱率的結(jié)構(gòu)調(diào)控和粗糙表面的定量描述也亟待展開。為此,本文引入分形幾何,實(shí)現(xiàn)了納米復(fù)合捌料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和粗糙表面形貌的描述構(gòu)建,分別建立了Si/Ge納米復(fù)合材料聲子熱傳導(dǎo)和粗糙表面氣液相變傳熱的納尺度理論模型,并采用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了Si/Ge納米復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和粗糙表面液膜蒸發(fā)傳熱機(jī)理。概括起來,本文的主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)論如下：(1) Sierpinski分形結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料熱導(dǎo)率的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究表明：(a)Si原子百分比相同條件下,由于嵌入Sierpinski分形的納米復(fù)合材料的分散布置增強(qiáng)了界面散射,其熱導(dǎo)率明顯低于嵌入矩形結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料；(b)受硅／鍺界面散射影響,Sierpinski分形納米復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨著Si原子百分比的增加而減小,達(dá)到最小值后隨著Si原子百分比的增加而增大；(c)Sierpinski分形納米復(fù)合材料熱導(dǎo)率在軸向方向存在尺寸效應(yīng),熱導(dǎo)率隨著軸向長(zhǎng)度Lz的增加而增大,受聲子運(yùn)輸模式的影響,熱導(dǎo)率隨截面尺寸的增大而增大。(2)分形樹狀結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料熱導(dǎo)率的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究表明：(a)相對(duì)于傳統(tǒng)的矩形結(jié)構(gòu),分形樹狀結(jié)構(gòu)具有較大的固-固界面密度,導(dǎo)致強(qiáng)烈的聲子界面散射,使得分形樹狀結(jié)構(gòu)在減小納米復(fù)合材料熱導(dǎo)率和提高熱電材料熱電優(yōu)值方面具有優(yōu)勢(shì)；(b)分形樹狀納米復(fù)合材料中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,宜選用更大的寬度維數(shù)、長(zhǎng)度維數(shù)和級(jí)數(shù)。應(yīng)用分形樹狀結(jié)構(gòu)是優(yōu)化納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效方法。(3)分形粗糙表面液膜蒸發(fā)的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究表明：(a)在固體表面附近存在不蒸發(fā)液體層。表面粗糙的存在增強(qiáng)了固體表面對(duì)液體分子的束縛能力,使得不蒸發(fā)液體層加厚,并隨著粗糙高度增加不蒸發(fā)液體層將加厚：(b)即使在相同粗糙高度下,表面分形維數(shù)(即粗糙輪廓不規(guī)則程度)也是影響液-固界面能量傳遞一個(gè)重要因素。分形維數(shù)的增加,粗糙表面高度變化愈頻繁,這也導(dǎo)致粗糙表面的不蒸發(fā)液體層加厚；(c)固體表面液膜蒸發(fā)速度隨著粗糙高度和分形維數(shù)的增加而加快。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK124

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