微针肋热沉流动与换热特性实验研究与数值模拟的任务书.docx

微针肋热沉流动与换热特性实验研究与数值模拟的任务书
任务书
一、题目
微针肋热沉流动与换热特性实验研究与数值模拟
二、背景
热交换技术在化工、能源、制药等领域具有广泛的应用。微针肋热沉作为一种新型的热交换器，能够大幅度提高传热系数，降低传热表面积，从而减少设备体积，提高能源利用效率。当前，微针肋热沉的研究大多是基于数值模拟，少有实验验证。因此，有必要开展微针肋热沉的实验研究，验证数值模拟结果，提高其工程应用价值。
三、研究目标
1.建立微针肋热沉的实验平台，测量微针肋热沉的传热特性，研究微针肋热沉的流动特性。
2.验证数值模拟结果，提高模拟结果的可信度和精度。
3.探究微针肋热沉结构参数对传热性能和流动特性的影响，为微针肋热沉的优化设计提供依据。
四、研究内容
1.搭建微针肋热沉的实验平台，包括选择实验设备和器材，制备微针肋热沉，搭建流场图像采集系统和数据采集系统等。
2.进行微针肋热沉的传热实验和流场实验，测量微针肋热沉的传热系数、对流热传系数、摩阻系数等参数，研究微针肋热沉的流动特性。
3.基于计算流体力学（CFD）方法，建立微针肋热沉的数值模型，并进行模拟计算，逐步调整微针肋热沉的结构参数、流量、温度等，对比实验结果，验证模拟结果的可靠性。
4.探究微针肋热沉结构参数对传热性能和流动特性的影响，包括微针肋形状、纵向间距、横向间距、针高、管道截面形状等。
五、研究步骤与方法
1.根据研究对象的特点和目的，制定实验计划，搭建实验平台，选择流速、温度等参数，进行传热实验和流场实验。
2.对实验数据进行处理分析，包括传热系数的计算，对流热传系数、摩阻系数等参数的测量，绘制流场图像，获得流速、压力等数据。
3.对微针肋热沉的轮廓进行三维建模，设置边界条件、流体模型和求解器，进行数值模拟，并进行精度分析和模型验证。
4.调整微针肋热沉的结构参数，比较实验和模拟结果，得出结论，在此基础上进行改进设计。
六、要求与难点
1.实验平台搭建和操作的稳定性、可靠性，数据的准确性。
2.实验数据与数值模拟结果的验证，研究结论的合理性。
3.微针肋热沉结构参数对传热性能和流动特性的影响机理的深入探究。
七、预期成果
1.建立微针肋热沉的实验平台，获得微针肋热沉的传热特性和流动特性数据；
2.验证数值模拟结果，提高模拟精度和可信度；
3.探究微针肋热沉结构参数对传热性能和流动特性的影响机理；
4.提出微针肋热沉的优化设计方案，为其工程应用提供依据。
八、进度计划
第一阶段：实验平台的搭建（2个月）
1.确定实验对象、参数和要求；
2.选购和组装实验设备和器材；
3.制备微针肋热沉；
4.搭建流场图像采集系统和数据采集系统。
第二阶段：微针肋热沉的实验研究（3个月）
1.进行微针肋热沉传热实验和流场实验；
2.对实验数据进行处理分析；
3.探究微针肋热沉结构参数对传热性能和流动特性的影响。
第三阶段：微针肋热沉的数值模拟（4个月）
1.基于CFD方法，建立微针肋热沉的数值模型；
2.进行数值模拟和模拟结果的验证；
3.探究微针肋热沉结构参数对传热性能和流动特性的影响。
第四阶段：优化设计和报告撰写（3个月）
1.提出微针肋热沉的优化设计方案；
2.撰写论文。
九、人员配备和经费预算
本研究需要配备实验人员和研究人员，以及购买实验器材和材料等，预算总经费为500万元。
十、参考文献
1.李茂海.微流道热工学[M].北京:电子工业出版社,2011.
2.闵捷,刘功申,王利明等.计算流体力学[M].北京:清华大学出版社,2011.
3.DuttaP,SrinivasanPK.Heattransferandpressuredropinplateheatexchangerswithchevronplates［J］.ExperimentalThermalandFluidScience,2000,22(3):209-220.