【摘 要】
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当前器件集成度高,体积小,传统的风冷,液冷等散热方法已经不适合于微结构,而微通道散热具有体积小,散热能力强等优点被广泛关注。微通道散热能力主要取决于通道内流体的热物性,使用纳米流体作为散热流体,是因为其相较于传统基液具有较高的导热系数,较强的流动换热性以及相较于微米级别悬浮液较好的稳定性。本文使用Al2O3-H2O纳米流体作为研究对象,使用分子动力学方法在微观尺度下模拟纳米流体的导热系数与粘度两大
【基金项目】
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国防项目《X 通道中 XX 纳米流体 XX 研究》；
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当前器件集成度高,体积小,传统的风冷,液冷等散热方法已经不适合于微结构,而微通道散热具有体积小,散热能力强等优点被广泛关注。微通道散热能力主要取决于通道内流体的热物性,使用纳米流体作为散热流体,是因为其相较于传统基液具有较高的导热系数,较强的流动换热性以及相较于微米级别悬浮液较好的稳定性。本文使用Al2O3-H2O纳米流体作为研究对象,使用分子动力学方法在微观尺度下模拟纳米流体的导热系数与粘度两大物性参数,并利用实验的手段进行验证。本文的主要研究内容如下:（1）通过平衡态分子动力学（EMD）与非平衡态分子动力学（NEMD）两种模拟方法计算基液粘度与导热系数,验证模拟方法的准确性。在此基础上,模拟纳米流体的导热系数与粘度,从温度,体积分数以及纳米颗粒形状参数等因素情况下分析。并探讨了纳米颗粒在纳米流体中的体积分数、颗粒粒径与形状变化时对粘度与导热系数的影响,提出利用比表面积来表征颗粒的形貌,模拟结果表明加入纳米颗粒后使得基液的导热系数与粘度上升。（2）通过分析纳米流体的径向分布函数,结果表明其仍然为“短程无序,长程有序”的流体特征,说明加入纳米颗粒后并没有改变流体的性质,但增强了流体的传热能力。在模拟过程中通过研究体系中模拟区域每层的温度与密度,确定模拟体系中的温度分布及纳米颗粒的运动情况。（3）通过搭建实验平台测量纳米流体的导热系数和粘度,并与模拟值进行对比,验证了使用分子动力学模拟纳米流体物性的可行性。结果表明在模拟流体导热系数时,使用NEMD方法与实验值最为接近;而在模拟流体粘度时,选择EMD方法更为合适。
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