[发明专利]一种纳米通道最佳特性组合表面确定方法及装置

说明书

本发明公开了一种纳米通道最佳特性组合表面确定方法及装置，涉及微纳通道冷却技术领域，其中方法包括以下步骤：S1：构建纳米通道流动换热计算模型；S2：根据所述计算模型，确定纳米通道的表面润湿性表征参数以及对应的取值范围；S3：根据所述计算模型，确定纳米通道的固体壁原子振动频率表征参数以及对应的取值范围等步骤；本发明利用固体壁表面特性之间的耦合效应，在考虑流动阻力损耗的基础上提高纳米通道综合传热性能，为通道壁面结构优化设计提供理论参考，促进微纳通道冷却散热技术的高效利用。

技术领域

本发明涉及微纳通道冷却技术领域，更具体的说是涉及一种纳米通道最佳特性组合表面确定方法及装置。

背景技术

目前，微纳通道内的流动换热是微纳尺度受限空间内传热应用的场景之一，比较典型的微纳通道冷却技术，因具有传热性能好、结构紧凑、易于集成封装等优点，在电子器件冷却、微流控集成系统、微纳尺度高效散热等方面应用广泛。其中，纳米通道作为一种有效强化传热手段的同时，通道内流动阻力因尺寸效应也显著增大，导致纳米通道综合传热性能下降。不仅如此，对于发生在受限纳尺度通道、孔隙或功能结构内的流动传热过程而言，流体系统具有极大的面体比，界面效应占主导地位；表面作用力如摩擦力以及相对表面粗糙度等对速度滑移、温度阶跃等界面现象以及通道内流动阻力和传热规律的影响更为突出。

近壁区作为纳米通道壁与流体之间热量和动量传递的主要区域，受表面粗糙结构、表面润湿性以及固体壁自身属性等因素的影响很大。固体壁表面粗糙结构、润湿性等因素及其耦合效应不仅影响纳米通道的传热特性，而且还会显著影响纳米通道内部流体流动的阻力能耗。因此，从节能降耗的角度出发，还需考虑上述表面特性耦合响应下的纳米通道流动阻力特性。在考虑流动阻力损耗的基础上，重新审视纳米通道流动换热过程，综合评价纳米通道传热性能，对促进微纳通道冷却技术的发展及拓展应用具有重要现实意义。

但是，现有微通道强化传热表面通常伴随流动阻力的增大，并且很少关注传热表面粗糙结构、表面润湿性等固体壁表面特性协同效应对通道传热性能和流动阻力的影响。兼顾流动阻力损耗来实现纳米通道综合传热性能改善的方法还很少，未检索到基于固体壁表面特性调控的专门用于纳米通道强化传热的被动控制方法。

因此，如何提供一种能够解决上述问题的纳米通道最佳特性组合表面确定方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种纳米通道最佳特性组合表面确定方法及装置，利用固体壁表面特性之间的耦合效应，在考虑流动阻力损耗的基础上提高纳米通道综合传热性能，为通道壁面结构优化设计提供理论参考，促进微纳通道冷却散热技术的高效利用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纳米通道最佳特性组合表面确定方法及装置，包括以下步骤：

S1：构建纳米通道流动换热计算模型；

S2：根据所述计算模型，确定纳米通道的表面润湿性表征参数以及对应的取值范围；

S3：根据所述计算模型，确定纳米通道的固体壁原子振动频率表征参数以及对应的取值范围；

S4：根据所述计算模型，确定纳米通道的固体壁表面粗糙形貌表征参数以及对应的取值范围；

S5：根据所述表面润湿性表征参数取值范围、所述固体壁原子振动频率表征参数取值范围、所述固体壁表面粗糙形貌表征参数取值范围以及所述计算模型，确定不同表面特性耦合工况下的纳米通道流动传热特性；

S6：确定综合性能系数，以纳米通道综合传热性能为实验目标，利用所述综合性能系数、所述表面润湿性表征参数取值范围、所述固体壁原子振动频率表征参数取值范围及所述固体壁表面粗糙形貌表征参数取值范围确定纳米通道的最佳特性组合表面。