5微角形槽道内非均匀定热流加热下的滑移流动换热朱恂廖强辛明道重庆大学工程热物理研，所。重庆400044针对微库1形槽道。利1交闲数法求解了滑移流区内带温度跳跃边界条件的能量方程，理论分析了多种不同非均匀定热流密度加热条件下不可压缩气体在微角形槽道内热充分发展滑移流动的换热特性，获得了相应的温度分布及平均Nusselt数的计算式。讨论了Knudsen数微槽高宽比及不同加热边界条件对平均沾数的影响。计算结果明正交函数法适用于微角形槽道内滑移流动换热特性的分析计算在滑移流区，微角形槽道内的平均风沾数随尤数的增加而减小。但减小的幅度随微槽的高宽比和加热边界条件的不同而不同。对微正角形槽道而言，相比单独底边加热条件，两斜边加热条件下的换热性能在小幻7数时下降较缓，在大心数时下降较大。*后得到了非均，加热边界条件下微正角形槽道内平均阶纽数的计算关联式。 滑移流区微角形槽道非均匀定热流加热换热特性各种微槽道的对流传热问是近年来个活跃的前沿研宄领域。由微槽道构成的微型换热器具有结构紧凑和热负荷高等优点。在解决集成电路的散热超导技术中的低温冷却以及航空航天领域相关工程问的应用中都现出了非常乐观的应用前景。由于目前发展中的微尺度热流体系统尺度的减小，反映气体分子1程，1怔尺度之比的6数进入了3，的速度滑移和温度跳跃区，因此对微尺度热流体系统的研究必须考虑滑移流动及温度跳跃的影响。1981年。丁1姓阳遍1以水为冷却介质在50，宽。30也1深的行，道内进行了换热实验，结果明冷却剂温升为71.0，压降350砂3下散热功率达790评2.此后02.3，4和入5等人分别以氮气以及蒸馏水等为工质对微圆管微国家自然科学基金九重大资助项目批准号599955503和重庆大学骨干教师资助计划资助项目矩形槽道及微平行平板槽道内的换热性能进行了实验研究。句316. 冲17.13，1及2，等分别付均匀加热条件下的微1士，板通道微矩形微梯形槽道及微环缝通道内的换热特性进行了数值与理论分析。大多数的实验和数值分析结果明。常规能量方程辅以温度跳跃边界条件的滑移换热模型可以预测微槽道内的换热性能。微角形截而通道为工程实际应用中换热器等均涉及到微角形截面通道内的流动与换热问。同时。由于角形等微小异形截面通道较之微圆管通道更接近多孔介质内流道的特点。因此对于类似于角形等微小异形截面通道流动与换热特性的研宄将为了解微孔多孔介质内的流动与换热特性打下基础。目前。有关该方面的研宄报道较少，文献12对厂，形微，内的滑移流动特性进理论分析。 方程的建立与求解所分析的微角形槽道及坐标的建立1.假设气体在该种微槽中的流动为水力充分发展和热充分发展的流流动。1在管长不太流休流速与沿程压降较小的情况下。忽略气体位长度热流密度0为定值，而微槽的壁，役，为知的任意凼数7，价，和所分别为微角形槽道各壁面的方向余弦。此时的控制方程为件，同时定义以下无量纲参数根据热充分发展的定热流密度加热条并山文献12引入速度比+M=G，X，Y为13速度边界条件所确定的常数。av2 572则能量方杜转变为关于变量0，9的3；程可以证明，对任意正整数况复变函数1+，=，2，的实部和虚部均为叩叹方枰的特解，此以函数，工。然，各项特解之和仍为方程的解，项数的取值决定了计算截断误差的大小。此时方程4的解可以为其中。以为待定常数，由不同的边界条件决定。因此。微角形槽道内的温度分布为现在，综合考虑滑移流区内微槽壁面存在温度跳跃的现象。以及沿微角形槽道界面上可能存在的不同加热边界条件，给定个组合的边界条件如下其中，各为热协调系数。依赖于面粗，役温度及气体种类等，为气体的比热比，办为气体的，出1数又为气体分子平均自由程A壁面温度均匀因此壁面温度函数⑷士，叫以及相关系数仲七，叫和，7；将均不是心和开的函数。而以方向余弦的函数。 报据对系数舛和的不同，值以得到不同的如抑壁面边界加热条件。 如令则上述边界条件7可转。变为绝热边界条件。 而若令则上述边界条件7可转变为定热流加热边界篆件。 将边界条件7在所建立的直角坐标上展开，并引入无量纲参数。代入温度分布6.经整理，可推得以万边界篆件关的凼数。利10削18也宠1广法，以函数族；7.人，有关滑移流区微角形槽道两斜边加热及底边绝热条件下的换热特性计算结果5和6所不。从中可看出，在相同的高宽比下，微角形槽道内的旧4；14.箱形槽道不同加热条件下厂=0时的换热计算值与53趾13的比较随着，数的增大而减小。但其减小量在小槽道高宽比时较少。微槽内与大尺度槽道内价版也数之比5厂1也随人七数的增加而下降。且在+1幻数，高宽比越大。〃1下降幅度越大。这足山丁两斜边加热及底边绝热的条件微槽商宽比越大。泛味眷加热面越大。温度跳跃及附加热阻的影响越大。这导致了微槽内换热性能的下降较大。 关厂单独底边加热两斜边绝热条件1韵角形槽，中的换热特性的计算结果7和8.从中可以看出，在相同的高宽比下，微角形槽道内的随着。数的增大而减小，灿6数之比灿。也随，数的增加而下降。但值得注意的是，此加热条件下的随幻7数增加而降低的幅度随高宽比的不同而变化。7现出两端艮小高宽比及很大高宽比，下降幅度较小的怙况。特别是在高宽比很大如奶肝=0.1时，基本不随以数变化。这是由于在单独底边加热两斜边绝热的条件下，当微槽高宽比很大时，意味着此时绝热面很大。 绝热面壁面处温度梯度为零，因而没有温度跳跃，而产生温度跳跃现象及附加热阻的受热而的影响尥弱这就使得此，微槽内换热性能的下降+大胃宽比很小时，意味着此时微槽趋于单侧加热的平行平板微槽，由于此时角区温度跳跃的影响减弱，换热系数下降幅度不大。在相同以数下，随着微角形槽道高宽比的增加。冗厂，减小。 为了反映热边界条件对微角形槽道内滑移流动换热的影响。不同加热边界条件下微正角形槽道中的价6数比灿；随数的变化于9.从热情形2条件下微正角形槽道内的换热性能下降较缓。而在大沿7数下，则下降较大。*后。对不同非均匀加热边界条件下微正角形槽道内换热特性的计算结，进行了拟得到以下平均灿桃也数的算关联式情形2情形3计1；关联式的从大计算误差为。17.，+.2.适范为3结论角形槽道中滑移流动的换热特性，获得了两种不同非均匀热边界条件下的温度分布及平均耶86数的理论计算式。通过对微角形槽道的换热特性计算可知微角形槽道内的平均556数低于相同加热条件下大尺度角形槽道中的他856数，且随数的增加而减小。平均他556数随高宽比的分布曲线随尤数增加而下移，在不同加热条件下，平均阶6数的降低幅度随槽道高宽比的不同而所变化。在两斜边加热平均说数在小7宽比，减小较少。在单独底边加热时，平均灿数在很小高宽比及很大高宽比时下降幅度小。 灿86数之比在大高宽比时均下降较大，对微正角形槽道而言，两斜边加热条件下的阶1886数之比较单独底边加热时，在小幻7数时下降较缓，在大尺数日寸降较大。*后拟合得到了不同非均匀加热边界条件下微正角形槽道内滑移流动换热特性的计算关联式。 矣考文献朱恂，辛明道。滑移流区内微环缝槽道中的层流流动与换热工程热物理学报，200222朱恂，辛明道，廖强。角形微槽中的气体滑移流动特性热科学与技术，2002，1214145