本文關(guān)鍵詞：微尺度液—汽相變傳熱的分子動力學(xué)模擬

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【摘要】：隨著電子器件向高頻、高速、密集化和小型化的方向發(fā)展,其散熱問題得到了廣泛關(guān)注。由于微尺度液膜的相變過程伴隨著大量熱量的吸收或釋放,因此其在解決電子器件的散熱問題上具有巨大的應(yīng)用前景。微熱管是以微尺度通道內(nèi)液體相變?yōu)楣ぷ髟淼膫鳠崞骷?具有很高的傳熱效率,因此對微熱管內(nèi)工質(zhì)的相變傳熱特性研究具有重要意義。由于對微熱管內(nèi)液體相變傳熱起主要作用的液膜厚度在納米級,而分子動力學(xué)方法(MD)能夠得到原子級別的結(jié)構(gòu)特征,尤其適合納米尺度的研究,因此本文采用分子動力學(xué)方法展開研究,使用的計算軟件是LAMMPS。首先,本文采用三種常用水模型(SPC、SPC/E、TIP4P)對微尺度水液膜的密度及熱導(dǎo)率值進(jìn)行計算,并與實驗數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)模擬值對比,選取出了最符合實際情況的水模型—TIP4P。并采用該模型對水的基本性質(zhì)及相變現(xiàn)象進(jìn)行了模擬,得出的結(jié)論與文獻(xiàn)模擬結(jié)論一致,進(jìn)一步驗證了模擬方法和選取模型的準(zhǔn)確性。其次,研究了微尺度下系統(tǒng)溫度和液膜厚度對液體相變蒸發(fā)率的影響。模擬了液膜厚度為2 nm時,溫度(375 K-425 K)對相變蒸發(fā)率的影響；并模擬了溫度400 K時,液膜厚度(2 nm、3 nm、4nm)對相變蒸發(fā)率的影響。結(jié)果表明：1)蒸發(fā)率隨時間呈指數(shù)遞減；2)相同厚度下,蒸發(fā)率隨著溫度的升高而增大；3)同溫度下,蒸發(fā)率隨著液膜厚度的增加而增加。最后,對微尺度通道內(nèi)氬液膜的相變傳熱特性進(jìn)行了研究。模擬了等寬通道情況下,通道高度(23nm、32 nm、42 nm、52 n m)和液膜厚度(3nm、4 nm、5 nm)對相變傳熱性能的影響。結(jié)果表明：液膜在微尺度通道內(nèi)具有更好的傳熱性能；熱流密度隨通道高度和液膜厚度的增加而增加；初始時刻的蒸發(fā)率與通道高度和液膜厚度成反比。以上研究結(jié)果可為微熱管及其它以內(nèi)部液體相變傳熱為工作原理的散熱器件設(shè)計提供參考,并為其優(yōu)化提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：相變傳熱 分子動力學(xué)模擬 微尺度 微熱管
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 課題來源9-10
• 1.2 微熱管10-13
• 1.2.1 微熱管的結(jié)構(gòu)10-12
• 1.2.2 微熱管的工作原理12
• 1.2.3 微熱管的應(yīng)用12-13
• 1.3 相變13-14
• 1.3.1 相變傳熱13-14
• 1.3.2 相變的分子動力學(xué)研究14
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容14-16
• 2 分子動力學(xué)方法16-29
• 2.1 分子動力學(xué)原理16-17
• 2.2 系綜17-19
• 2.3 力場及勢函數(shù)19-21
• 2.3.1 Lennard-Jones勢19-20
• 2.3.2 EAM勢20
• 2.3.3 Tersoff勢20-21
• 2.4 熱導(dǎo)率的計算方法21-26
• 2.4.1 Muller-Plathe法22-23
• 2.4.2 Jund法23-24
• 2.4.3 兩種方法的比較24-26
• 2.5 分子動力學(xué)軟件26-29
• 3 水模型的選擇29-40
• 3.1 三種常用水模型29-30
• 3.2 熱導(dǎo)率的模擬30-33
• 3.2.1 模擬方法30-31
• 3.2.2 三種模型熱導(dǎo)率的比較31-32
• 3.2.3 熱導(dǎo)率隨溫度關(guān)系32-33
• 3.3 密度的模擬33-35
• 3.4 水薄膜的液-汽相變35-40
• 3.4.1 模擬方法35-36
• 3.4.2 模擬結(jié)果與討論36-40
• 4 水薄膜液-汽相變蒸發(fā)率的研究40-53
• 4.1 模型建立40-41
• 4.2 蒸發(fā)率的計算41-43
• 4.3 蒸發(fā)率的影響因素43-47
• 4.3.1 系統(tǒng)溫度對蒸發(fā)率的影響43-44
• 4.3.2 液膜厚度對蒸發(fā)率的影響44-46
• 4.3.3 結(jié)果與討論46-47
• 4.4 硅襯底的作用47-53
• 4.4.1 襯底硅的尺寸效應(yīng)47-48
• 4.4.2 界面熱阻48-51
• 4.4.3 VDOS分析51-53
• 5 微尺度通道傳熱模型53-63
• 5.1 晶面結(jié)構(gòu)的選取53-54
• 5.2 模型建立54-56
• 5.3 等寬通道傳熱模型56-58
• 5.3.1 通道高度對傳熱性能的影響57
• 5.3.2 液膜厚度對傳熱性能的影響57-58
• 5.4 不等寬通道傳熱模型58-63
• 5.4.1 相同充液量59-60
• 5.4.2 相同液膜厚度60-61
• 5.4.3 結(jié)果討論61-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況67-68
• 致謝68-69

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本文編號：669742