疏水性對微通道流動與換熱的影響.pdf

1、在微納米尺度范圍內(nèi)，由于通道內(nèi)顯著的表面效應(yīng)和極高的面體比使過高的流動阻力成為微納米系統(tǒng)應(yīng)用中難以解決的瓶頸問題。因此，探求可靠有效的減阻方法無疑具有重要的工程價值。
　　目前針對微肋片內(nèi)部流動的研究以及超疏水表面通道減阻的研究較多，但針對微管和微柱群內(nèi)部疏水表面減阻的研究，尤其微柱群內(nèi)部表面不同接觸角與微柱內(nèi)部流動減阻關(guān)系的研究還很少。
　　文章首先系統(tǒng)論述了疏水性薄膜和疏水性微通道的制備方法，并對去離子水流經(jīng)疏水性微管的

2、流動減阻特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。同時，對去離子水橫掠微針肋陣列熱沉的流動和換熱特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。概括起來，本論文主要研究內(nèi)容以及結(jié)論如下:
　　(1)開展了超疏水性微管的制備以及微通道內(nèi)減阻規(guī)律的研究。首先在改性有機(jī)硅稀溶液中加入2％全氟辛基氟硅烷以及添加劑配制超疏水液，采用滴定法在內(nèi)徑分別為0.447mm、0.728mm和0.873mm的三種微銅管內(nèi)壁涂覆微米級超疏水性涂層，可使其水滴表觀接觸角超過150°。同時建立微管內(nèi)流動特性實(shí)

3、驗(yàn)系統(tǒng)并對超疏水性處理的減阻規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究，分別測量了Reynolds數(shù)在100-3000范圍內(nèi)，去離子水流經(jīng)疏水處理前后微銅管的內(nèi)部摩擦阻力系數(shù)f。研究表明，對微管內(nèi)壁面的超疏水性處理顯著降低了微管內(nèi)的流動阻力，且影響隨微管內(nèi)徑的增加而增大，實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)流動阻力系數(shù)最大降幅可達(dá)29.08％;超疏水涂層使得微管內(nèi)的流動轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象出現(xiàn)滯后，且轉(zhuǎn)捩Re隨微管管徑增加而略有增大。
　　(2)開展了疏水性微針肋熱沉的制備以及疏水性對微針肋

4、熱沉流動特性影響的研究。采用向改性有機(jī)硅稀溶液中加入2％全氟辛基氟硅烷以及微納米粒子的方法制備疏水液，并通過改變微納米粒子添加量調(diào)控疏水涂層的表觀接觸角，可分別制取接觸角為99.5°、119.5°和151.5°（水為工質(zhì)）的疏水表面。并通過實(shí)驗(yàn)測試了微針肋陣列熱沉的流動阻力和壓力降。結(jié)果表明，相同雷諾數(shù)（Re）下流道內(nèi)摩擦因子(f)比疏水處理前有明顯下降，主要是由于疏水性界面的張力作用所致;相同Re下，接觸角越大，疏水涂層雙重結(jié)構(gòu)中微納

5、米突起間距越小，去離子水與空氣接觸面增大，使得摩擦阻力減小;隨Re增加，三種涂層實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的減阻率均不斷降低。
　　(3)開展了疏水性對微針肋陣列熱沉的換熱特性影響的研究。對接觸角分別為83°、99.5°、119.5°和151.5°的橢圓形微肋陣傳熱特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明:加熱功率為100w時，較小的流量下，流量的改變對其底板表面溫度影響較大，在較大流量時，流量改變對其影響較小;隨著接觸角的增大，相同Re下對流換熱系數(shù)減小;不同

6、接觸角橢圓形微針肋熱沉的Nu均隨著Re的增大而增大;接觸角越大導(dǎo)致工質(zhì)與壁面接觸越差，換熱效果變差。三種涂層實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的減阻率均優(yōu)于對換熱效果的影響。
　　本文對去離子水流經(jīng)疏水性微管的流動減阻特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。同時，對去離子水橫掠微針肋陣列熱沉的流動和換熱特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。驗(yàn)證了疏水性涂層在微通道內(nèi)應(yīng)用的可行性，發(fā)展了一種微通道內(nèi)減阻新方法，相關(guān)研究成果為微通道減阻提供了理論支撐和技術(shù)支持，是對現(xiàn)有現(xiàn)有微通道內(nèi)流動與換熱研究的有