西交大：微尺度流动与换热研究

西交大：微尺度流动与换热研究

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微尺度流动与换热研究进展
Recent advances in the study on microfluid flow and heat transfer processes
何雅玲，陶文铨 西安交通大学

目录
一、什么叫微尺度流动及其例子
1.1 微尺度流动与换热一般概念
1.2 微尺度流动与换热举例
1.3 微尺度流动与换热基本特点
二、气体的微尺度流动与换热
三、液体的微尺度流动与换热
四、微尺度相变换热
五、结论

一、什么叫微尺度流动及其例子
1.1 微尺度流动与换热的一般概念

大千世界的物体尺度变化跨三十余个数量级，近10余年来科学技术发展的重要方向之一是微型化。

爱因斯坦曾经预言:
“未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军” ；resheji.com
1959，美国物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·
弗曼在美国西海岸会议上宣读了一篇经典论文“There is plenty of room at bottom”,首次提出纳        米技术的预言。

1962年，第一个硅微型压力传感器问世，其后开发出尺寸为50－500mm的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及联结件等微机械（里程碑）。
1989年，在美国盐湖城会议上，首次提出MEMS概念：Micro-Electro-Mechanical Systems，这是指特征尺度在1mm－1 之间集电子、机械于一身的器件。在这样的器件中有气体或者液体作为工作介质，其内内的流动与换热就是一般的微尺度流动与换热。
μm

微喷管用于自由分子微电阻加热推力器中，可为微型航天器姿态控制提供动力。其工作原理是采用薄膜电阻做加热器，通过推进剂分子（水蒸气或氩气）
与加热器壁面的碰撞，将能量传递给推进剂，再经过喷管喷出，产生推力。推力器尺寸很小（通道宽度1～100μm）。它要求加热元件与出口缝隙之间的空间等于气体的平均自由程，从而减少分子之间的碰撞，保证喷出气体的分子动能等于加热器的温度（系统内最高温度），提高总效率，从而获得最高的比冲（单位质量推进剂所产生的冲量称为比冲量） 。

（2）燃料电池流场板内的流动
燃料电池流场板内的流动燃料电池等温地将化学能转换成为电能，不需要经过热机过程，效率不受卡诺循环地限制，转化效率可达40－60％；环境友好，几乎不排放氮氧化合物与硫化物，二氧化碳地排放过量也必火电厂减少40％ 以上被认为是21世纪很有希望的高效、洁净能源。


在微尺度系统中作用在流体上的体积力与表面力的相对重要性发生了巨大的变化：表面力的地位上升： 随着尺度减小，粘性力相对作用增强，惯性力作用变小，越靠近壁面这种规律越明显。
（2）对气体可压缩性大大增加，引起稀薄效应对气体在微细通道中的受迫对流，由于单位通道长度流体压降很大，沿通道长度流体密度发生显著变化。

二、气体的微尺度流动与换热

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