正弦波纹微通道内单相及流动沸腾传热特性研究的开题报告.docx

正弦波纹微通道内单相及流动沸腾传热特性研究的开题报告
一、研究背景与意义
微通道内的传热与流体力学特性对微纳器件的性能具有重要影响。随着电子技术、通信技术、生物技术等的发展，微纳器件的热点问题更为突出，要求其在小体积、高功率、低成本、高效能和可靠性等各方面达到更高的水平。在此背景下，研究微通道内传热流动特性的变化规律，对于提高微纳器件的热管理水平和设计优化具有重要意义。
而目前，在微通道的研究中，正弦波纹型微通道的研究尚处于起步阶段。正弦波纹型微通道是一种流体流动性能优异的微通道结构，其表面的不规则度和流动阻力相比于普通微通道结构有所降低，因此具有更为广泛的应用前景。在实际工程应用中，正弦波纹型微通道也被广泛使用于高功率半导体激光器散热器、太阳能电池板散热器、集成电路冷却器等领域。然而，目前对于正弦波纹型微通道内的单相及流动沸腾传热特性研究仍相对较少，有待进行深入研究。
因此，本项目旨在通过对正弦波纹型微通道内的传热特性及流动沸腾特性进行实验研究，探明其变化规律，为微型流体冷却器等微纳器件的设计和优化提供理论和实验基础。
二、研究内容与主要技术路线
（一）研究内容
本项目主要研究正弦波纹型微通道内的单相传热特性及流动沸腾传热特性，具体包括以下方面：
1.正弦波纹型微通道的制备：在硅片单面刻蚀成正弦波纹型微通道结构，表面经过超声清洗和等离子表面活化处理。
2.实验测试设备的搭建：根据实验需要设计加热器、制冷器、水箱等实验测试设备。
3.单相传热实验：通过加热器将传热流体自上方进入微通道，在测定入口、出口温度差的前提下，测定不同流速下微通道内的传热特性。
4.流动沸腾实验：通过在微通道内引入氦气或氮气，产生流动沸腾现象，观察和测量流动沸腾传热性能。
5.实验数据处理：对实验所得到的数据进行处理和分析，探究正弦波纹型微通道内的传热及流动沸腾传热特性变化规律。
（二）主要技术路线
1.制备正弦波纹型微通道：采用硅片单面刻蚀技术，并通过硅片表面超声清洗和等离子表面活化处理技术，得到表面平整、纹路规则的正弦波纹型微通道。
2.搭建实验测试设备：根据实验需要，设计加热器、制冷器、水箱等实验测试设备，并利用PID控制技术保证实验温度、流速等参数的可控性。
3.单相传热实验：在制备好的正弦波纹型微通道中引入传热流体，测定不同流速下微通道内的传热特性，并根据实验数据制作传热流场反演成像。
4.流动沸腾实验：在正弦波纹型微通道中引入不同气体，调整温度和压力，测定流动沸腾传热特性，并采用高速摄像技术记录沸腾现象。
5.实验数据处理：对实验所得到的数据进行回归分析、趋势拟合等数据分析处理，并采用MATLAB等数学软件进行数学模型对比分析。
三、预期成果和应用前景
（一）预期成果
1.制备成功表面平整、纹路规则的正弦波纹型微通道。
2.测定正弦波纹型微通道内的传热特性和流动沸腾传热特性，并建立相应的实验测试数据与模型。
3.探究正弦波纹型微通道内的传热及流动沸腾传热特性变化规律，并分析其与微通道结构的关系。
（二）应用前景
正弦波纹型微通道具有很好的工程应用和研究价值。研究所得到的实验数据和模型，可为微型流体冷却器等微纳器件的设计和优化提供理论和实验基础。同时，本研究可为热管理、电子器件散热等技术领域提供新的思路和方法，具有很好的工业化应用和经济效益。