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仿生叶脉分形微结构表面的平板热管传热性能研究

汇报人：

2024-01-22

引言

仿生叶脉分形微结构表面设计

平板热管传热性能实验研究

数值模拟与理论分析

仿生叶脉分形微结构表面强化传热机制探讨

结论与展望

目录

引言

仿生学在传热领域的应用

01

模仿自然界中高效传热的现象，如叶脉分形结构，以提高传热效率。

平板热管传热性能的重要性

02

平板热管作为一种高效传热元件，在电子散热、航空航天等领域具有广泛应用，其传热性能直接影响设备的热稳定性和工作效率。

仿生叶脉分形微结构表面的优势

03

通过模仿叶脉分形结构，可以在平板热管表面构建微纳米级的传热通道，从而增加传热面积、提高传热效率。

国内学者在仿生传热领域取得了一定成果，如模仿荷叶表面的微纳米结构，制备出具有超疏水性能的传热表面。

国内研究现状

国外学者在仿生传热领域的研究较为深入，如模仿蝴蝶翅膀表面的鳞片结构，制备出具有高辐射性能的传热表面。

国外研究现状

随着仿生学和微纳米制造技术的不断发展，未来仿生传热表面的研究将更加注重跨尺度设计和多场协同作用，以实现更高的传热效率和更广泛的应用范围。

发展趋势

研究内容

本研究旨在通过模仿叶脉分形结构，在平板热管表面构建微纳米级的传热通道，并研究其对平板热管传热性能的影响。具体内容包括仿生叶脉分形微结构表面的设计、制备和表征，以及平板热管传热性能的测试和分析。

研究目的

通过本研究，期望揭示仿生叶脉分形微结构表面对平板热管传热性能的影响机制，为优化平板热管的设计和应用提供理论支持和实践指导。

研究意义

本研究不仅有助于丰富和发展仿生传热理论，还将为平板热管的优化设计和应用提供新的思路和方法，具有重要的学术价值和实际应用前景。

仿生叶脉分形微结构表面设计

自然界中的叶脉结构

叶脉是植物叶片中的血管系统，具有高效的输送水分和养分的能力，其分形结构有助于优化流体流动和传热性能。

仿生学在传热领域的应用

通过模仿自然界中的高效传热结构，如叶脉、蜂巢等，可以设计出具有优异传热性能的微结构表面。

叶脉形态学特征

叶脉具有多级分支结构，分支间角度、长度、宽度等形态学特征对传热性能有重要影响。

分形维数与传热性能关系

叶脉的分形维数反映了其复杂程度，与传热性能密切相关。通过提取和分析叶脉的分形特征，可以指导微结构表面的设计。

平板热管传热性能实验研究

搭建平板热管传热性能实验台，包括加热系统、冷却系统、数据测量与采集系统等。

采用稳态法测量平板热管在不同工况下的传热性能，记录加热功率、冷却水流量、进出口温度等关键参数。

测试方法

实验装置

03

不同倾角对传热性能的影响

调整平板热管的倾角，研究倾角变化对平板热管传热性能的影响。

01

不同加热功率对传热性能的影响

在相同冷却水流量下，改变加热功率，观察平板热管传热性能的变化规律。

02

不同冷却水流量对传热性能的影响

在相同加热功率下，改变冷却水流量，分析平板热管传热性能的变化趋势。

数值模拟与理论分析

03

运用CFD（计算流体动力学）技术，结合适当的边界条件和初始条件，对模型进行求解。

01

基于仿生叶脉分形微结构表面形貌，建立三维数值模型。

02

采用有限体积法（FVM）对模型进行离散化处理，生成计算网格。

01

02

03

1

2

3

通过数值模拟结果，揭示仿生叶脉分形微结构表面的流动与传热机理。

分析微结构形状、尺寸、分布等因素对流动与传热的影响。

探讨不同工况下，流动与传热机理的变化规律及其相互作用。

仿生叶脉分形微结构表面强化传热机制探讨

增加传热面积

仿生叶脉分形微结构表面通过增加传热面积，提高热管的整体传热效率。

优化表面结构

通过优化微结构表面的形状、尺寸和分布，改善热管内部的流动和传热性能。

强化对流换热

利用仿生叶脉分形微结构表面促进热管内部流体的对流运动，增强对流换热效果。

结论与展望

01

02

03

成功制备了仿生叶脉分形微结构表面的平板热管，并对其传热性能进行了实验研究。

通过对比实验，发现仿生叶脉分形微结构表面的平板热管传热性能优于传统平板热管。

揭示了仿生叶脉分形微结构强化传热的机理，为高性能热管的设计提供了新思路。

01

深入研究仿生叶脉分形微结构参数对热管传热性能的影响规律，优化结构设计。

02

拓展仿生叶脉分形微结构表面在其他类型热管（如环路热管、脉动热管等）中的应用。

03

探索仿生叶脉分形微结构表面在其他传热领域（如电子器件散热、太阳能集热等）的应用潜力。

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