Thiết kế và hiện thực hóa các bề mặt có cấu trúc vi cho các ứng dụng nhiệt động lực học

Microsystem Technologies - Tập 17 - Trang 1471-1479 - 2011
Andreas Schubert1,2, Matthias Hackert-Oschätzchen1, Gunnar Meichsner2, Mike Zinecker1
1Chair Micromanufacturing Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Chemnitz University of Technology, Chemnitz, Germany
2Fraunhofer‐Institute for Machine Tools and Forming Technology, Chemnitz, Germany

Tóm tắt

Chức năng của các bề mặt, đặc biệt là cho các ứng dụng nhiệt động lực học, có thể được nâng cao nhờ vào việc sửa đổi bề mặt cụ thể. Do đó, nghiên cứu này điều tra các cấu trúc bề mặt được chọn lọc khác nhau và tác động của chúng đối với khả năng truyền nhiệt. Các hình học vi mô cụ thể là trọng tâm của nghiên cứu này. Một quy trình thiết kế có hệ thống và xác định các cấu trúc vi nhiệt động lực học phù hợp thông qua mô phỏng đa vật lý FEM đã được thực hiện. Sau đó, các cấu trúc được điều tra đã được chế tạo bằng cách áp dụng công nghệ gia công điện hóa và gia công bằng tia laser. Hơn nữa, một phân tích có hệ thống về độ chính xác và chất lượng bề mặt đã được tiến hành, điều này nhấn mạnh tiềm năng của các quy trình này trong việc cấu trúc vi các bề mặt cho các ứng dụng nhiệt động lực học.

Từ khóa

#nhiệt động lực học #bề mặt có cấu trúc vi #truyền nhiệt #mô phỏng FEM #gia công điện hóa #gia công bằng tia laser

Tài liệu tham khảo

Bergles AE (1997) Enhancement of bool boiling. Int J Refrig 20(8):545–551 Brandner JJ, Anurjew E, Bohn L, Hansjosten E, Henning T, Schygulla U, Wenka A, Schubert K (2006) Concepts and realization of microstructure heat exchangers for enhanced heat transfer. Exp Therm Fluid Sci 30:801–809 Gorenflo D, Danger E, Luke A, Kotthoff S, Chandra U, Ranganayakulu C (2004) Bubble formation with pool boiling on tubes with or without basic surface modifications for enhancement. Int J Heat Fluid Flow 25:288–297 Hackert M, Meichsner G, Schubert A (2007) Fast micro structuring with electrolyte jet machining. In: Proceedings of fourth international symposium on electrochemical machining technology, vol 1, pp 123–128 Hackert M, Meichsner G, Schubert A (2008a) Generating micro geometries with air assisted jet electrochemical machining. In: Proceedings of the EUSPEN 10th anniversary international conference, vol 2, pp 420–424 Hackert M, Meichsner G, Schubert A (2008b) Simulation of the shape of micro geometries generated with jet electrochemical machining. In: Proceedings of the second European COMSOL conference Hackert M, Meichsner G, Schubert A (2009) Generating plane and microstructures surfaces applying jet electrochemical machining. In: Proceedings of fifth international symposium on electrochemical machining technology Hartmann F (2008) Untersuchungen zum Siedeverhalten von Heizflächen mit Mikrostrukturen. In: Fortschritt-Berichte VDI Reihe 19: Wärmetechnik/Kältetechnik 158, Düsseldorf Honda H, Wei J (2003) Advances in enhanced boiling heat transfer from electronic components. JSME Int J 46(4):479–490 Honda H, Wei J (2004) Enhanced boiling heat transfer from electronic components by use of surface microstructures. Exp Therm Fluid Sci 28:159–169 Hsieh CC, Yao SC (2006) Evaporative heat transfer characteristics of a water spray on micro-structured silicon surfaces. Int J Heat Mass Transf 49:962–974 Kandlikar SG (2002) Fundamental issues related to flow boiling in minichannels and microchannels. Exp Therm Fluid Sci 26:389–407 Kim TY, Kim SJ (2009) Fluid flow and heat transfer characteristics of cross-cut heat sinks. Int J Heat Mass Transf 52:5358–5370 Kotthoff S, Gorenflo D, Danger E, Luke A (2006) Heat transfer and bubble formation in pool boiling: Effect of basic surface modifications for heat transfer enhancement. Int J Therm Sci 45:217–236 Liter S, Kaviany M (2001) Pool-boiling CHF enhancement by modulated porous-layer coating: theory and experiment. Int J Heat Mass Transf 44(22):4287–4311 Mitrovic J (2006) How to create an efficient surface for nucleate boiling. Int J Therm Sci 45(1):1–15 Muzychka YS (2005) Constructal design of forced convection cooled microchannel heat sinks and heat exchangers. Int J Heat Mass Transf 48:3119–3127 Natsu W, Ikeda T, Kunieda M (2007) Generating complicated surface with electrolyte jet machining. Precis Eng 31(1):33–39 Ndao S, Peles Y, Jensen MK (2009) Multi-objective thermal design optimization and comparative analysis of electronics cooling technologies. Int J Heat Mass Transf 52:4317–4326 Shoji M, Takagi Y (2001) Bubbling features from a single artificial cavity. Int J Heat Mass Transf 44(14):2763–2776 Silk EA, Kim J, Kiger K (2006) Spray cooling of enhanced surfaces: Impact of structured surface geometry and spray axis inclination. Int J Heat Mass Transf 49:4910–4920 von Böckh P (2004) Wärmeübertragung: Grundlagen und Praxis. Springer, Berlin