轴向热传导和入口效应对圆形微通道对流换热特性的影响
市场调查报告怎么写-督导员
２００８年ｌＯ月
西安电子科技大学学报（自然科学版）
Ｏｃｔ．２００８
第３５卷第５期
Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＤＩＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
ＶｏＩ＿３５ ＮＯ．５
轴向热传导和入口效应对圆形微通道对流换热特性的影响
刘焕玲，
贾建援，殷 磊
（西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安７１００７１）
摘要：提出了
一种考虑轴向热传导、速度滑移、温度跳跃和入口效应情况下圆形微通道能量方程的求解
方法．运用分
离变量法将能量方程转化为本征值问题，再通过温度跳跃边界条件求解得到了本征值，由
本征函数的正
交性确定了能量方程的完备解的待定常数，给出了流体温度场和努塞尔数的计算表达式．
对圆形微通道
换热特性进行了数值仿真，结果表明，轴向热传导和入口效应增加了入口处的局部努塞尔
数，速度滑移
系数越小，局部努塞尔努塞尔数的渐进值越大．
关键词：轴向热传导；速度滑移；温度跳跃；入口效应
；努塞尔数；热交换特性；强迫对流
中圈分类号：ＴＫ１２４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１
—２４００（２００８）０５—０９１６—０６
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｘｉａｌ ｈｅａｔ ｃｏｎ
ｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｔｒａｎｃｅ
ｏｎ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ
ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ
ＬＩＵ Ｈｕａｎ—ｌｉｎｇ，Ｊ
ＩＡ Ｊｉａｎ—ｙｕａｎ，ｗＮ Ｌｅｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｏ—ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖ．，Ｘｉ’ａｎ ７１００７１，Ｃｈｉｎａ） <
br>Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｅｑｕ
ａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ，ｗｈｉｃｈ Ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ
ａｘｉａｌ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｊｕｍｐ，ｖｅｌｏｃｉ
ｔｙ ｓｌｉｐ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｔｒａｎｃｅ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｅｎｅｒ
ｇｙ
ｅｑｕａｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｅｉｇｅｎｖ
ａｌｕｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｂｙ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅｓ．Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒ
ａｔｕｒｅ
ｊｕｍｐ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ
ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｓ．Ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｍｉｎｅｄ ｃｏｅｆｆｉｃ
ｉｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｅ
ｑｕａｔｉｏｎ ａｒｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ ｅｉｇｅｎｆｕｎｃ
ｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ
ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆ
ｉｅｌｄ ａｎｄ Ｎｕｓｓｅｌｔ ｎｕｍｂｅｒ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏ
ｎｓ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ
ｔｈｅ Ｎｕｓｓｅｌｔ ｎｕｍｂｅｒ ａｒｅ
ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌ
ａｒ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ
ａｎｄ ｉｔ ｉＳ ｒｅｖｅａｌｅ
ｄ ｔｈａｔ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔＯ ｔｈｅ ｗａｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈ
ｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｘｉａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
ｔｈｅ
ｒｍａｌ ｅｎｔｒａｎｃｅ ｉｓ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ Ｎｕｓｓｅｌｔ ｎｕｍ
ｂｅｒ．Ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｓｌｉｐ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｈｅ
ｌａｒｇｅｒ ｔｈｅ ａｓｙｍｐｔｏｔｉｃ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｕｓｓｅｌｔ ｎｕｍ
ｂｅｒ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ａｘｉａｌ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ；ｖｅｌｏｃｉｔｙ
ｓｌｉｐ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｊｕｍｐ；ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｔｒａｎｃｅ；ｎｕｓｓｅｌｔ ｎｕ
ｍｂｅｒ
ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ ｐｒｏｂｌｅｍ；ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ；ｆｏｒｃｅｄ ｃ
ｏｎｖｅｃｔｉｏｎ
由于微通道结构具有极好的换热性能［１］，近年来微流体换热理论逐渐成为研究
热点．研究者普遍认为，
由于微通道尺寸小，在经典对流换热理论中被忽略的轴向热传导［２］、速度
滑移和温度跳跃Ｌ３］、入口效应Ｌ４ 等
因素对其换热性能影响很大．因此，经典理论对其不再适用
．国内外学者对微流体换热进行了大量研究，提出
了Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程、分子动力学（Ｍｏｌｅ
ｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＭＤ）、直接蒙特卡罗模拟（Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ，ＭＣ）和经
典理论修正等新方法．其中经典理论修正法继承了经典理论的优点，计算量较小，接近工程实用，是目前的主 <
br>要研究方向．
修正后能量方程的求解是难点，先后提出了逆解法口 ］、渐进法口 、分离变量
法［４ 。 等方法，其中分离变
量法被研究者广泛采用．文献［４］研究了考虑人口效应的宏观圆形
管道的对流换热问题．利用分离变量法求
解得到了努塞尔数计算表达式．文献Ｅｓ］推导得到了考虑速
度滑移、温度跳跃、轴向热传导等因素的缝隙微通
收稿日期：２００８—０４—０１
基金项
目：国家部委预研基金资助（５１４１６ｏ６０２ｏ５Ｄｚｏ１）
作者筒介：刘焕玲（１９７６一），
女，讲师，西安电子科技大学博士研究生，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｈｌｂｉｒｄｓ＠１６３．ｃｏｍ．