磁流体多相流交界面相互干扰及传热改善机理研究

Effective heat dissipation has been a challenge issue in microelectronic and LED devices nowadays. To solve this problem, the present study is planning to investigate the mechanism of interface interaction and heat transfer enhancement of magnetic gas-liquid-solid multiphase flows in a closed circulate loop by using a reliable PIV/T experimental measurement technique and a high-efficient lattice Boltzmann method(LBM). The PIV/T technology will be improved by designing new lighting route and introducing specific wave-length laser as a light source. For the magnetic field and wetting boundary conditions on the moving interface of the magnetic multiphase flows, the LBM numerical simulations will employ the successful idea of temperature boundary condition on the moving solid boundaries based on the immersed boundary method. Based on the developed experimental technique and numerical model, the interface interaction of the magnetic multiphase flows under magnetic and temperature fields in a closed loop will be investigated in detail, and its mechanism for enhancing heat transfer will be disclosed. The present study can provide a solid theoretical support for developing high efficient heat dissipation technologies based on the magnetic fluids for the microelectronic and LED devices.

针对目前微型电子设备和LED照明灯具急需解决的散热难题，本项目拟以含有气泡和非磁性轻型颗粒的磁流体多相流在封闭管路中流动和传热问题为研究对象，采用颗粒图像测速测温（PIV/T）实验测量技术和格子气波尔兹曼（LBM）数值算法，开展磁流体多相流流动传热实验和数值研究，探索多场耦合作用下磁流体多相流流动特性和气液固交界面相互干扰及其对传热的影响，揭示其物理机制。研究中，拟通过改进光路设置和使用特定波长的激光为光源, 提高PIV/T技术对低透光磁流体多相流流场和温度场实验观测。为了解决含移动边界的多相交界面共存处磁场和湿润边界条件，数值算法上拟将浸入边界法在移动壁面上的温度边界条件处理方式拓展到磁场和湿润边界条件上。此研究是磁流体多相流和传热问题研究的前沿性课题，研究结果为开发微型电子设备和LED照明灯具的高效散热技术提供理论依据。

针对目前微型电子设备和LED照明灯具急需解决的散热难题，本项目以含有气泡和非磁性轻型颗粒的磁流体多相流在封闭管路中流动和传热问题为研究对象，采用颗粒图像测速测温（PIV/T）实验测量技术和格子气波尔兹曼（LBM）数值算法，开展磁流体多相流流动传热实验和数值研究，探索多场耦合作用下磁流体多相流流动特性和气液固交界面相互干扰及其对传热的影响，揭示其物理机制。主要研究内容为：<1>封闭管路中磁流体气液固多相流传热颗粒图像测速测温实验；<2>多场耦合的磁流体多相流流动及传热问题的格子气波尔兹曼数值模拟；<3>封闭管路中磁流体多相流交界面相互干扰的物理机制和其对流动传热改善机理研究。研究中，通过改进光路设置和使用特定波长的激光为光源, 提高PIV/T技术对低透光磁流体多相流流场和温度场实验观测。为了解决含移动边界的多相交界面共存处磁场和湿润边界条件，数值算法上将浸入边界法在移动壁面上的温度边界条件处理方式拓展到磁场和湿润边界条件上。基于本项目研究成果，共计发表论文13篇（其中SCI论文7篇），申请中国国家专利22项。此研究是磁流体多相流和传热问题研究的前沿性课题，研究结果为开发微型电子设备和LED照明灯具的高效散热技术提供理论依据。