本文關(guān)鍵詞：微尺度液—汽相變傳熱的分子動(dòng)力學(xué)模擬

  更多相關(guān)文章： 相變傳熱 分子動(dòng)力學(xué)模擬 微尺度 微熱管

【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(duì)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(duì)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(jí),而分子動(dòng)力學(xué)方法(MD)能夠得到原子級(jí)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(dòng)力學(xué)方法展開研究,使用的計(jì)算軟件是LAMMPS。首先,本文采用三種常用水模型(SPC、SPC/E、TIP4P)對(duì)微尺度水液膜的密度及熱導(dǎo)率值進(jìn)行計(jì)算,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)模擬值對(duì)比,選取出了最符合實(shí)際情況的水模型—TIP4P。并采用該模型對(duì)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(yàn)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(duì)液體相變蒸發(fā)率的影響。模擬了液膜厚度為2 nm時(shí),溫度(375 K-425 K)對(duì)相變蒸發(fā)率的影響；并模擬了溫度400 K時(shí),液膜厚度(2 nm、3 nm、4nm)對(duì)相變蒸發(fā)率的影響。結(jié)果表明：1)蒸發(fā)率隨時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)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(jì)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(dòng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(dòng)力學(xué)研究14
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容14-16
• 2 分子動(dòng)力學(xué)方法16-29
• 2.1 分子動(dòng)力學(xué)原理16-17
• 2.2 系綜17-19
• 2.3 力場(chǎng)及勢(shì)函數(shù)19-21
• 2.3.1 Lennard-Jones勢(shì)19-20
• 2.3.2 EAM勢(shì)20
• 2.3.3 Tersoff勢(shì)20-21
• 2.4 熱導(dǎo)率的計(jì)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(dòng)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(jì)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(duì)蒸發(fā)率的影響43-44
• 4.3.2 液膜厚度對(duì)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(duì)傳熱性能的影響57
• 5.3.2 液膜厚度對(duì)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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1 周業(yè)濤,關(guān)振群,顧元憲;求解相變傳熱問題的等效熱容法[J];化工學(xué)報(bào);2004年09期

2 羅小平;;微細(xì)通道相變傳熱的動(dòng)力學(xué)特性[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年07期

3 張奕;胡洪;翁雯;劉佳;祝用華;;蓄冷冰球中相變傳熱過程的數(shù)值分析[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年01期

4 ;真空式相變傳熱廢熱回收熱水器[J];北京節(jié)能;1985年04期

5 王世宇;;真空式相變傳熱器[J];機(jī)械工程師;1985年04期

6 馮毅;馬義偉;;相變傳熱的強(qiáng)化[J];節(jié)能;1987年10期

7 曾欣,辛明道;耦合求解焓及移動(dòng)邊界位置的多維相變傳熱問題的數(shù)值焓法[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1992年03期

8 管建春,朱華,阿迪爾Ｍ．Ｓ,屠傳經(jīng);儲(chǔ)冰球相變傳熱數(shù)值計(jì)算及分析[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1999年01期

9 王發(fā)剛,李瑞陽,劉永啟,郁鴻凌;相變傳熱相關(guān)問題的分子動(dòng)力學(xué)模擬及研究[J];上海理工大學(xué)學(xué)報(bào);2003年02期

10 顧元憲;周業(yè)濤;趙國(guó)忠;;相變傳熱問題的靈敏度分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2006年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 張麗蓉;解國(guó)珍;;論述相變傳熱問題的一種數(shù)值解法[A];全國(guó)暖通空調(diào)制冷2010年學(xué)術(shù)年會(huì)資料集[C];2010年

2 馬學(xué)虎;;強(qiáng)化相變傳熱的新思路:液固表面自由能差效應(yīng)[A];第二屆全國(guó)傳遞過程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2003年

3 王學(xué)生;徐宏;侯峰;劉阿龍;;強(qiáng)化相變傳熱換熱管束的制造技術(shù)及性能研究[A];第六屆全國(guó)壓力容器學(xué)術(shù)會(huì)議壓力容器先進(jìn)技術(shù)精選集[C];2005年

4 周繼軍;;微尺度相變傳熱中的兩相間歇流動(dòng)[A];上海市制冷學(xué)會(huì)2013年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

5 左海濱;張建良;楊天鈞;;考慮相變傳熱的爐缸傳熱模型的研究與應(yīng)用[A];2008年全國(guó)冶金物理化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

6 楊海天;何宜謙;;基于Sigmoid函數(shù)光滑化的等效熱容法求解相變傳熱問題[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

7 任川;吳清松;;環(huán)路熱管蒸發(fā)器主芯中滲流和相變傳熱現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬[A];首屆全國(guó)航空航天領(lǐng)域中的力學(xué)問題學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2004年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 記者王世煥、許祖華;我低溫相變傳熱技術(shù)獲重大突破[N];人民日?qǐng)?bào);2003年

2 王世煥 許祖華;我自主開發(fā)低溫相變傳熱技術(shù)[N];中國(guó)化工報(bào);2003年

3 張苓;我國(guó)低溫相變傳熱技術(shù)取得重大突破[N];中國(guó)冶金報(bào);2003年

4 ;我國(guó)低溫相變傳熱技術(shù)取得重大突破[N];云南經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào);2003年

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1 潘嘹;潛熱型控溫包裝系統(tǒng)傳熱模型與試驗(yàn)研究[D];江南大學(xué);2016年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 柯彬彬;圓管外石蠟相變傳熱過程數(shù)值模擬及傳熱強(qiáng)化[D];江蘇大學(xué);2016年

2 袁嘉成;電場(chǎng)強(qiáng)化單組分汽液相變傳熱的熱力學(xué)機(jī)理及其應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2016年

3 趙亮;飛機(jī)地面除冰過程傳熱特性數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)民航大學(xué);2014年

4 張北辰;微小通道中液體工質(zhì)相變傳熱特性研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

5 孫童童;微尺度液—汽相變傳熱的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D];大連理工大學(xué);2016年

6 周業(yè)濤;相變傳熱問題的靈敏度分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[D];大連理工大學(xué);2002年

7 許彬;結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中冰水相變傳熱過程的數(shù)值計(jì)算[D];南京理工大學(xué);2008年

8 賈月;一種用于大功率LED冷卻的高強(qiáng)度散熱器的設(shè)計(jì)及性能測(cè)試[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2011年

9 趙學(xué)政;高溫?zé)岜霉r下自然工質(zhì)混合物兩類傳熱窄點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)研究[D];天津大學(xué);2010年

10 李金峰;豎直管相變傳熱強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)研究[D];華東理工大學(xué);2014年

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