微通道内流体的流动与换热的理论研究和数值分析

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近年来,随着电子设备组装密度越来越高,散热问题越来越突出,微通道换热作为一门新兴的热控制技术在诸多领域开始应用,这使得微通道内流动与传热过程的研究成为当前的传热学研究热点。本文针对理想的、定物性及不可压缩流体,在稳态层流流动状态下,研究了速度滑移对微通道内的速度场的分布和流动阻力影响;在考虑温度跳变和流体轴向导热的情况下,研究了微通道的对流和传导换热问题。对微通道在不同的热边界条件下的对流和传导微分方程进行了理论推导,并利用分离变量法求解其微分方程,得到温度场含有参数解的形式。然后利用流固边界耦合传热的边界条件和已知热边界条件建立方程组确定参数,并最终计算出温度跳变长度、局部努塞尔数和平均努塞尔数。最后通过仿真分析表明随着速度滑移的程度的增加,边界滑移速度增加,流动阻力下降;在微小尺度下,在流体和固体边界面温度有明显的跳变,导致局部努塞尔数和平均努塞尔数小于经典的解析解和关联式的解。
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