1. 研究目的与意义（文献综述）

随着近年来航空航天技术、能源动力工程、信息工业以及纳米制备技术等领域的快速发展，传统换热工质如水、醇、油等因其导热系数和换热性能不高的缺陷在微尺寸加工领域的应用受到极大限制，传统的传热传质理论及实验方法也渐渐无法满足高新技术发展的需求。集成电路芯片中的热流密度从20世纪70年代的10w / cm² 发展到现在的102w / cm²，传统换热工质已不能适应电子设备功率密度增大而带来的散热技术需求 ^[1] 。而且在当今能源紧缺、能源问题日趋突出的大环境下，越来越要求换热系统应能满足高效低阻紧凑等性能指标和适应传热设备向高效和小型化、微型化方向发展的趋势 ^{[ 2]}。因此近数十年来纳米技术以及微通道换热技术的飞速发展引起了人们的普遍关注。

1995年美国argonne国家实验室首次引入纳米流体的概念 ^[3] ，创新性地将纳米技术应用于热能工程中。纳米流体表现出均匀、稳定、高导热的性能^{[ 4]} ，且由于纳米材料具有“小尺寸效应”、“界面效应”和“量子尺寸效应”等特性 ^[5] ，与传统换热工质或含有微米/毫米级固体颗粒的流体相比更接近液体分子，大大减轻了通道内磨损堵塞等不利影响，其能更好地应用在工程实践中。谢华清等 ^[6]研究了纳米流体导热行为特异性的机理，研究结果表明：纳米流体导热系数出现特异性的主要原因是纳米颗粒具有尺度效应所导致的一系列影响；李强等^[7]研究了铜-水纳米流体流动特性和换热特性，结果表明加入了纳米颗粒的基液在对流换热系数上有明显的增加；戴闻亭等 ^[8] 研究了纳米颗粒悬浮液在细圆管中的对流换热特性，结果表明其对流系数高于水且随纳米颗粒质量分数的增大而增大；朱建军等 ^[9]研究了微细管内纳米流体和水的对流换热特性和流动阻力特性，测量结果表明了纳米流体的对流换热系数在低雷诺数下高于纯水且与质量浓度成正比关系；崔文政等 ^[10] 实验研究了纳米流体在波壁管内的流动特性，研究发现纳米流体的流动特性是导致其传热特性增强的重要因素；ji zhang等 ^[11]实验研究了多孔扁管小通道中tio₂-水纳米流体单相流动和传热特性，研究结果表明纳米流体的摩擦系数和努塞尔数均高于基液，努塞尔数不随颗粒体积浓度增加而增加，而随着粒径增加而减小；

针对纳米流体在微通道中的应用，周继军等 ^[12] 研究了在微槽道中去离子水的传热及单向流动阻力特性，研究结果说明微槽道的f re 实验值随着 re 的增加而增大且高于传统理论预测值，而传热系数小于传统理论预测值。赵耀华等^[13] 研究了sic -水纳米流体在多孔微通道下的的流动和换热特性，实验研究说明：sic -水纳米流体的摩擦系数f随体积分数增大而增大，在0.001%、0.005%、0.01%的体积分数下nu 数逐渐增大，在0.01%、0.1%、1%的体积分数下逐渐减小，即在0.01%体积分数下换热性能最好；c.j. ho*等^[14]研究了水-al₂o₃纳米流体在微通道散热器中的换热性能，研究发现以纳米流体为工质的散热器有比纯水更高的平均传热系数；arttu merilauml;inen等 ^[15] 研究了颗粒尺寸和形状对纳米流体的湍流传热特性和压力损失的影响，研究发现小的、球形和光滑的颗粒（尺寸小于10nm）热传递性能最佳,并能保持压降的平缓。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

本论文的主要内容为进行微通道纳米流体流动和传热三维模型的设计，并在考虑槽道尺寸、槽道弯曲度、换热面粗糙度、纳米流体质量流速、纳米流体浓度以及纳米颗粒尺寸等因素的影响下，对微通道内纳米流体流动和传热特性进行分析 。

3. 研究计划与安排

第1—3 周： 英文翻译，完成开题报告和文献综述

第4—6 周：微通道纳米流体流动和传热三维模型设计

4. 参考文献（12篇以上）

[1]杨世铭,陶文铨.传热学[m](第三版).北京:高等教育出版社,1998:132-136

[2]廖寿学. 矩形微槽道内纳米流体流动阻力特性研究 [d]. 硕士学位论文, 华南理工大学, 2011.