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金属表面微细结构在改善固体表面润湿性能、提高流动减阻特性、提高微尺度沸腾换热速率,产生滑移流动等方面都显示了很好的发展前景。微尺度结构对固体表面传热传质影响机理的突破将可有效地解决狭小空间内流动阻力过大和高热流密度散热,以及微尺度带来的尺寸和表面效应等难题。由微细结构构成的超疏水表面由于其独有的疏水、流动减阻性能将被微通道内广泛的运用,且纳米结构对微尺度液体流动和传热方面表现的非常规物理现象也在将随着MEMS/NEMS的发展引起重视。另外,分子动力学的模拟方法从分子角度出发研究微尺度微结构对传热传质性能的影响,在本质上解释了其机理。本文提出了一种制备超疏水金属铜表面的方法,并将此方法运用在微通道内的流动减阻上。同时实验研究了铜表面纳米结构对强化沸腾的影响。另外通过分子动力学方法阐明了了微细结构对微尺度液体传热传质性能影响机制。具体研究内容如下:(1)金属超疏水表面的制备:以通过加工微细结构形成超疏水表面为目标,提出了激光-电层积复合加工方法,在固体表面形成多尺度超疏水微细结构。并通过SEM、能谱图来观测固体表面形貌和成分,同时通过静态接触角和滚动角来衡量固体表面的润湿性能,并分析了不同结构参数对超疏水表面形成机理。(2)超疏水表面在流动减阻中的机理研究将复合结构构成的超疏水表面运用在微通道内,测量其对液体流动过程中压降的影响规律。通过测试的压降-流量曲线图分析粗糙结构参数对减阻效应的影响,并将光滑表面的理论值进行了对比(3)纳米结构及界面性能对润湿性能的数值模拟基于MD模拟方法,运用自主编写的软件Simulation Box构建光滑平面及粗糙金属固体表面。通过合理的势函数及边界条件设置,通过LAMMPS运行了液体水分子在不同固体表面的分布情况。通过改变固-液势函数参数来获得不同表面能的固体。(4)纳米结构几何尺寸对沸腾速率影响的数值模拟及实验研究基于LAMMPS开放性程序库,并对其已有程序库进行了改进,在金属材料铜和铝表面分别建立了规则正方体和锥形结构,并设置了不同的结构参数。展示了液态水分子在其表面的沸腾过程,同时分析了纳米结构参数给沸腾速率的影响。另外,从实验角度对比了纳米结构对强化沸腾的影响(5)纳米尺度结构对流体流动及传热性能的数值模拟基于Couette类型流动,运用MD模拟方法,开发了一种更加符合物理意义的对同一分子实现同步速度和温度的控制方法,并通过液体的速度和温度曲线验证了此方法的可行性,并准确地计算了微小流道内固-液间的对流传热系数。另外,基于此方法的可行性,研究了通道内纳米结构对流体流动的影响。