發(fā)布時間：2020-12-08 18:39

　　金屬表面微細結構在改善固體表面潤濕性能、提高流動減阻特性、提高微尺度沸騰換熱速率,產生滑移流動等方面都顯示了很好的發(fā)展前景。微尺度結構對固體表面?zhèn)鳠醾髻|影響機理的突破將可有效地解決狹小空間內流動阻力過大和高熱流密度散熱,以及微尺度帶來的尺寸和表面效應等難題。由微細結構構成的超疏水表面由于其獨有的疏水、流動減阻性能將被微通道內廣泛的運用,且納米結構對微尺度液體流動和傳熱方面表現的非常規(guī)物理現象也在將隨著MEMS/NEMS的發(fā)展引起重視。另外,分子動力學的模擬方法從分子角度出發(fā)研究微尺度微結構對傳熱傳質性能的影響,在本質上解釋了其機理。本文提出了一種制備超疏水金屬銅表面的方法,并將此方法運用在微通道內的流動減阻上。同時實驗研究了銅表面納米結構對強化沸騰的影響。另外通過分子動力學方法闡明了了微細結構對微尺度液體傳熱傳質性能影響機制。具體研究內容如下:（1）金屬超疏水表面的制備:以通過加工微細結構形成超疏水表面為目標,提出了激光-電層積復合加工方法,在固體表面形成多尺度超疏水微細結構。并通過SEM、能譜圖來觀測固體表面形貌和成分,同時通過靜態(tài)接觸角和滾動角來衡量固體表面的潤濕性能,并分析了不同... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：130 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表及物理量名稱
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 金屬表面微細結構的設計制備研究現狀
    1.3 微結構表面潤濕性能的研究概況
        1.3.1 潤濕性能表面基本理論研究現狀
        1.3.2 超疏水表面的應用前景
    1.4 微細通道內流體流動和傳熱的研究概況
        1.4.1 微細通道內流動特性研究現狀
        1.4.2 微細通道內傳熱特性研究現狀
    1.5 分子模擬
        1.5.1 分子動力學模擬方法
        1.5.2 固液界面作用的MD模擬發(fā)展現狀
        1.5.3 微通道流體流動的MD模擬發(fā)展現狀
    1.6 課題來源及本文主要研究內容
        1.6.1 課題來源
        1.6.2 本文主要研究內容
第二章 金屬表面微結構的設計制備及潤濕性能研究
    2.1 引言
    2.2 微結構表面潤濕性能理論基礎
        2.2.1 基本原理
        2.2.2 固體微結構表面潤濕性能表征
        2.2.3 液滴在粗糙結構表面的存在方式
    2.3 不銹鋼表面微結構設計及潤濕性能表征
        2.3.1 二維及三維微結構表面參數設計及加工
        2.3.2 微結構表面形貌及潤濕性能表征
    2.4 結構分析
        2.4.1 微結構參數對潤濕性能的影響分析
        2.4.2 不同形貌微結構對潤濕性能的影響分析
    2.5 銅基超疏水微結構表面的制備及表征
        2.5.1 銅基表面疏水微結構制造工藝
        2.5.2 微結構表面形貌及潤濕性能表征
        2.5.3 微結構對潤濕性能影響分析
    2.6 超疏水微細通道內流體流動特性測試分析
        2.6.1 超疏水微細通道實驗樣品制備及通道構建
        2.6.2 實驗測試系統(tǒng)及操作流程
        2.6.3 微結構參數對流動性能的影響
        2.6.4 潤濕性能對流道流動阻力的影響
    2.7 本章小結
第三章 金屬表面微結構潤濕性能的數值模擬
    3.1 前言
    3.2 LAMMPS[87]與VMD[88]簡介
    3.3 分子動力學原理簡介
        3.3.1 原子間勢函數
        3.3.2 運動方程
        3.3.3 邊界條件
        3.3.4 計算時間、步長及統(tǒng)計系綜
    3.4 理論模型
        3.4.1 三維幾何建模
        3.4.2 原子間的勢函數設置
        3.4.3 模擬系統(tǒng)和模擬方法
    3.5 模擬結果和討論
        3.5.1 光滑表面不同作用力對潤濕性能的影響
        3.5.2 粗糙結構對潤濕性能的影響
    3.6 本章小結
第四章 金屬表面微細結構傳熱性能數值模擬與實驗研究
    4.1 前言
    4.2 銅基表面微細結構理論模型及模擬系統(tǒng)建立
        4.2.1 微結構表面設計及幾何建模
        4.2.2 固-液粒子勢函數參數設置
        4.2.3 系統(tǒng)溫度控制
        4.2.4 模擬方法
    4.3 數值模擬結果及討論
        4.3.1 液體在銅基光滑及納米粗糙結構表面的運動情況
        4.3.2 液體在不同微結構表面密度分析
        4.3.3 不同微結構表面固液溫度分布
    4.4 鋁基表面微細結構沸騰傳熱性能數值模擬
        4.4.1 模擬系統(tǒng)
        4.4.2 模擬結果及討論
    4.5 銅基微細結構表面強化沸騰實驗研究
        4.5.1 銅基微細結構制備及表征
        4.5.2 測試系統(tǒng)及實驗方法
        4.5.3 沸騰傳熱曲線分析
        4.5.4 氣泡動力學分析
    4.6 本章小結
第五章 金屬表面微細結構內流體流動性能的數值模擬
    5.1 前言
    5.2 理論模型
        5.2.1 三維模型建模
        5.2.2 勢能函數及邊界條件設置
        5.2.3 系統(tǒng)溫度及速度控制方式
    5.3 模擬結果及討論
        5.3.1 微通道內流體速度與溫度計算
        5.3.2 微通道內流體流動換熱系數計算
    5.4 納米粗糙結構對微通道內流體流動分子動力學模擬
        5.4.1 模擬系統(tǒng)
        5.4.2 納米粗糙結構對微通道內液體密度的影響
        5.4.3 納米粗糙結構對微通道內液體流動速度和溫度的影響
    5.5 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間取得的研究成果
致謝
附件


【參考文獻】：
期刊論文
[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]具有超疏水性質的圖案化Ag膜[J]. 白碩,楊凌露,張茂峰,楊朝暉,張智峰,曹維孝.  物理化學學報. 2006(10)

碩士論文
[1]微鋁管超疏水表面制備及水流動特性的研究[D]. 霍素斌.大連理工大學 2007



本文編號：2905505