液体吸附层对固\\液界面热阻影响的数值与理论研究

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通过固液界面的传热过程在各工业和科学领域内普遍存在,随着器件尺度向纳米尺度延伸,固/液界面热阻已经成为纳米尺度下传热过程中不可回避的重要问题。然而在以往的研究中,液体吸附层连接固体和液体的纽带作用被忽视了。针对该问题,本文利用分子动力学模拟以及统计热物理理论,对液体吸附层在固/液界面热阻中的作用和机理进行了详尽的研究。  分子动力学模拟结果表明:非超疏水表面与液体间的界面处会自发形成液体吸附层。该层与固体壁面间存在导热过程,与自由液体层间同时存在导热和原子交换过程。固/液界面热阻由两部分组成,一部分是固体壁面与液体吸附层间的热阻,另一部分是液体吸附层与自由液体层之间的热阻。且随着壁面亲水性的增强,前者减小,后者增大。对原子振动态密度的计算结果表明,液体吸附层原子纵向高频振动随壁面亲水性的增强而增强,是导致该现象的主要原因。这一现象最终导致固/液界面热阻随壁面亲疏水性质的变化存在一个极小值。当两固体壁面间距增加时,固/液界面热阻也随之增加并最终收敛于一个确定值。热流密度的变化对固/液界面热阻影响不大。  建立了液体吸附层中原子振动频率模型,原子数目排布模型两个理论模型。并以它们为基础构建了液体吸附层与自由液体层间原子交换模型。模型给出了液体吸附层中原子平均振动频率,原子平均能量,原子排布数目,原子逃逸速率等关键性质与壁面温度和亲疏水性间的定量关系。预测值与模拟结果吻合良好。定量地解释了液体吸附层与自由液体层间原子交换传热过程存在瓶颈。且模型成功预测了热源侧和热沉侧两个固液界面上液体吸附层的不同行为。
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