低表面能亚微米通道内流动阻力与传热机理研究

有效缓解微纳米结构热系统对动力要求过高的同时实现高效传热对于切实解决系统的核心问题并推动其实用化具有极为重要的理论与实际意义。.本项目拟在内径为500nm-1000nm的亚微米石英管内壁固载导热较好疏水性离子液体薄膜来构建低表面能亚微米通道，以增加工质水在亚微米石英管内壁滑移长度且降低薄膜热阻对传热的负面影响，从而有效降低亚微米通道内流动阻力损失并实现高效传热。基于新概念、新理论发展相应数理模型，系统研究亚微米通道内流动特性与传热机理及其影响因素，深入揭示低表面能亚微米通道内流-热-固强耦合作用机制及各种微观效应对流动阻力和传热特性的影响规律，阐释低表面能亚微米通道内微观传递机理；建立低表面能亚微米通道内流动传热实验测试平台，详细考察低表面能亚微米通道内特殊流动与传热过程特性及其微观传递机理与宏观输运现象间的内在联系和规律，掌握低表面能亚微米通道内宏观阻力特性及传热机理。

在纳微米尺度范围内，由于通道内显著的表面效应和极高的面体比使过高的流动阻力成为微纳米系统应用中难以解决的瓶颈问题。本项目正是在这一背景下，提出并发展了新型减阻方法，能够在有效缓解微换热系统对动力要求过高的同时实现高效传热。.本项目通过实验及数值模拟研究，成功制备了能够在紫铜表面固载的具有良好性能的疏水性表面，最大接触角能够达到150°以上，接触角在99.5-151.5范围内可变；紫铜表面的疏水性薄膜均匀性极好，表面不同点之间的接触角差别低于1°。同时采用该方法获得疏水性表面具有很好的耐冲刷性，长时间冲刷接触角变化不大于2°。.掌握了降低微米及亚微米通道内壁面表面能的有效方法，在紫铜微管以及不同形状微肋阵通道内实现了超疏水，并制备了不同接触角的微管及微肋阵。.建立了液态水在超疏水性表面行为特征的预测模型；从疏水性薄膜表面能、表面能梯度分布的新视角开展对微通道内流动—传热的研究，并给出了具有疏水性薄膜的微通道内的流场及压力差分布，阐释了低表面能对于微通道内流动的影响规律，揭示了表面效应、粘性耗散效应及双电层效应等尺度效应对低表面能微通道内流动与传热特性的影响规律。.建立起较为完善的疏水性微/亚微米通道对流换热系统，测试并获得了不同表面能微结构内的减阻及换热特性，掌握了不同接触角疏水性微通道内的流动及换热规律，建立起了疏水性表面微观表征与流动及传热宏观规律之间的关系，揭示了低表面能微通道内的流动及强化传热机理。.项目本项目研究成果克服了目前疏水通道应用中均匀性和持久性差的难点问题，相比国内外同行的研究走在了前列。该疏水性方法为超疏水微通道在高效散热系统中的应用奠定了基础，推动了低阻紧凑式换热器的开发与应用。