一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法及装置
本发明涉及微纳通道冷却，更具体的说是涉及一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法及装置。
背景技术：
1、目前，相比于主动强化传热技术需要额外的能量与复杂的机械装置，被动强化传热技术具有无附加能耗、经济性和实用性好等优点。随着微纳加工技术的快速发展，微纳通道作为一种被动强化对流传热的有效手段，以其结构紧凑、易于集成封装等优势，近年来在微电子器件冷却系统、微纳能源系统、航空航天、工业国防、生物医疗等领域得到了普遍应用。
2、对于微纳通道的流动换热而言，随着体系特征尺寸的减小，流动系统的面体比增大，表面力尤其是流固粒子(原子、分子等)间的相互作用力占主导地位，此时表面效应以及表面效应对通道近壁区流体的流动与传热过程的影响凸显。传统的基于常规通道壁面的表面改性等被动强化传热技术，无疑会影响微纳尺度流动体系中的表面效应，进而直接影响微纳通道对流传热特性。因此，在考虑微纳尺度表面效应的基础上，重新审视固壁表面改性对微纳通道流动换热过程的强化机制，探索有效的微纳通道表面改性调节策略与调控方法，对促进微纳通道冷却技术的高效利用具有重要现实意义。
3、但是，表面涂层作为一种常见的表面改性技术，目前有很多利用表面涂层改性强化常规通道对流传热的方法，而用于强化微纳通道传热的表面涂层实现方法及其调节很少见，未检索到专门利用表面涂层特性的调控实现微纳通道强化传热的调节策略与方法。
4、因此，如何提供一种能够解决上述问题的强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法及装置，基于通道换热性能寻优获得最佳表面涂层特性及调控实现方法，克服现有微纳通道强化传热技术中表面涂层特性调节方向不明确的问题，为微纳尺度被动强化传热技术探寻新的途径，促进微纳通道冷却技术的高效利用。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法，包括以下步骤：
4、s1：构建具有待调节表面涂层的微纳通道对流换热计算模型；
5、s2：根据所述微纳通道对流换热计算模型确定待调节表面涂层的原子作用参数以及对应的最佳作用参数；
6、s3：根据所述对流换热计算模型以及所述最佳作用参数，得到待调节表面涂层厚度可变的微纳通道对流换热模拟模型；
7、s4：根据所述s3得到的模拟模型确定所述待调节表面涂层的最佳厚度，并利用所述最佳厚度完成具有所述待调节表面涂层的微纳通道传热特性调节。
8、优选的，所述s1包括：
9、s11：根据分子动力学方法确定具有待调节表面涂层的微纳通道原子间的势能函数；
10、s12：根据所述势能函数确定对应的驱动力函数；
11、s13：根据所述驱动力函数确定微纳通道对流换热计算模型。
12、优选的，所述s2包括：
13、s21：利用所述s1得到的计算模型，确定待调节表面涂层的原子间相互作用势能的取值范围以及最佳势能参数；
14、s22：利用所述s1得到的计算模型以及最佳原子间相互作用势能参数，确定待调节表面涂层的原子质量的取值范围以及最佳质量参数；
15、s23：所述最佳势能参数以及所述最佳质量参数作为最佳作用参数。
16、优选的，所述s21中，利用所述微纳通道对流换热计算模型，依据传热努塞尔数与流固原子振动特性耦合程度的变化规律确定最佳势能参数。
17、优选的，所述s22中，利用所述微纳通道对流换热计算模型，依据传热努塞尔数与流固原子振动特性耦合程度的变化规律确定最佳质量参数。
18、优选的，所述s3中，根据所述最佳势能参数、所述最佳质量参数结合分子动力学方法构建待调节表面涂层厚度可变的微纳通道对流换热模拟模型。
19、优选的，所述s4包括：
20、s41：根据所述s3得到的模拟模型，确定微纳通道壁表面涂层的厚度的表征参数及取值范围，其中所述表征参数为涂层原子层数；
21、s42：根据所述s41得到的取值范围，利用所述s3得到的模拟模型，获得不同表面涂层厚度下的微纳通道流固原子振动特性与传热努塞尔数的变化规律，并以流固原子振动特性耦合程度和传热努塞尔数最大为目标，确定待调节表面涂层的最佳厚度；
22、s43：利用所述最佳厚度完成具有所述待调节表面涂层的微纳通道传热特性调节。
23、本发明还提供一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节装置，包括：
24、第一构建模块，用于构建具有待调节表面涂层的微纳通道对流换热计算模型；
25、计算模块，用于根据所述微纳通道对流换热计算模型确定待调节表面涂层的原子作用参数以及对应的最佳作用参数；
26、第二构建模块，用于根据所述对流换热计算模型以及所述最佳作用参数，得到待调节表面涂层厚度可变的微纳通道对流换热模拟模型；
27、调节模块，用于根据所述模拟模型确定所述待调节表面涂层的最佳厚度，并利用所述最佳厚度完成具有所述待调节表面涂层的微纳通道传热特性调节。
28、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法及装置，具有如下有益效果：
29、(1)本发明提供的一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法，利用分子动力学理论及方法，从组成物质的最底层原子角度出发，自下而上由涂层原子微观运动的动态演化客观映射并反映研究体系的宏观传热规律，首先确定表面涂层最佳原子间相互作用势能，然后基于最佳原子间相互作用势能，确定表面涂层最佳原子质量，最后基于表面涂层最佳原子间相互作用势能和最佳原子质量，确定能够强化微纳通道换热的最佳涂层厚度，在未做任何假设的前提下，获得了能够实现微纳通道强化换热的表面涂层调节特征，又克服了微纳尺度实验研究面临的实验装置加工精度高，实验成本高，实验结果测量、表征困难，实验误差大等问题。
30、(2)本发明从流固原子振动特性耦合匹配的角度获得了能够强化微纳通道传热的表面涂层调节特征，即当表面涂层原子振动特性介于基底通道壁原子与流体原子振动特性之间时，表面涂层可起到热桥的作用，促进微纳通道壁与流体间的换热，该结果可为微纳通道冷却技术中表面涂层的选材提供参考。
31、(3)由本发明提供的方法所确定的表面涂层厚度范围，可随着涂层材料表面润湿性的改变具有不同的最佳厚度值。因此，实际工程应用中可根据微纳通道壁涂层材料的表面润湿性，调控实现不同的表面涂层最佳厚度，获得较好的微纳通道传热性能。
32、(4)本发明以简单流体为基准调控微纳通道壁表面涂层的原子间相互作用势能与原子质量，用以表征不同的表面涂层材料属性，旨在获得能够实现微纳通道强化换热的表面涂层调节特性的一般性规律，研究结果可定性地指导通道壁的选材与表面涂层结构的调节设计以强化微纳通道传热。
技术特征：
1.一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法，其特征在于，所述s1包括：
3.根据权利要求1所述的一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法，其特征在于，所述s2包括：
4.根据权利要求3所述的一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法，其特征在于，所述s21中，利用所述微纳通道对流换热计算模型，依据传热努塞尔数与流固原子振动特性耦合程度的变化规律确定最佳势能参数。
5.根据权利要求3所述的一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法，其特征在于，所述s22中，利用所述微纳通道对流换热计算模型，依据传热努塞尔数与流固原子振动特性耦合程度的变化规律确定最佳质量参数。
6.根据权利要求3所述的一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法，其特征在于，所述s4包括：
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法的调节装置，其特征在于，包括：
技术总结
本发明提供了一种强化微纳通道传热的表面涂层特性调节方法及装置，涉及微纳通道冷却技术领域，其中方法包括以下步骤：S1：构建具有待调节表面涂层的微纳通道对流换热计算模型；S2：根据所述微纳通道对流换热计算模型确定待调节表面涂层的原子作用参数以及对应的最佳作用参数；S3：根据所述微纳通道对流换热计算模型以及所述最佳作用参数，得到待调节表面涂层厚度可变的微纳通道对流换热模拟模型；S4：根据所述S3得到的模拟模型确定所述待调节表面涂层的最佳厚度，并利用所述最佳厚度完成所述具有待调节表面涂层的微纳通道传热特性调节；本发明为微纳尺度被动强化传热技术探寻新的途径。
技术研发人员：姚淑婷,刘亚东,金树峰,谭风光
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23