中文摘要：

申请者在国际上率先开展微尺度单相液体热边界层发展中的传热特性研究，在国际上首次提出采用热边界层中断概念强化微流体MEMS传热，并得到初步实验证实。本项目以高热流密度芯片冷却为应用背景，采用微电子机械系统加工工艺制备试验件，高精度红外线热成像仪测量芯片温度场，以获得局部努塞尔特数的分布，采用荧光显微镜对微通道进行实时监测，以鉴别沸腾起始点，获得微流体MEMS器件在单相液体条件下所能达到的最大热流密度。对普通并联微通道及热边界层中断并联微通道进行对比性实验。将实验数据进行无量纲化，获得普通硅基微通道热边界层发展中的传热规律、采用热边界层中断技术的并联微通道强化传热和减小阻力随无量纲参数的变化规律，获得层流向紊流转换的规律。开发微尺度热边界层发展中传热问题的数学模型，揭示其成因，为微流体MEMS器件强化传热和减小阻力提供科学依据和理论指导。

结论摘要：

超高热流密度冷却存在于高集成度的电子芯片、聚变反应堆等，国内外在强化传热方面已经进行了许多工作。采用微通道强化传热是有效途径之一，但随着微结构尺寸的减小，流动阻力大大增大。我们提出采用热边界层再发展概念强化传热，即沿普通并联微通道的流动方向，设置一系列横向微通道，将纵向微通道分区，热边界层在每个区内重新发展，从而强化了传热。另一方面，当流体进入纵向微通道后，伯努力效应使压力在纵向微通道内有所回升，导致总压降降低，或至少维持在原来的幅度。获得国家发明专利两项。采用MEMS为实验件及光学测试系统进行了实验研究，证实了所提出的创新性构想。在相同的热流密度和质量流速条件下，新的微换热器比普通微换热器的温度要下降十多度，强化传热效果非常明显，而阻力略有减小。另外，进行了全三维模拟，数值计算结果支持以上观点，并充分讨论了强化传热及减小阻力的机理。在国际传热传质、国际多相流等权威杂志上共发表论文9篇。国际多相流杂志主编Hetsroni G教授在引用我们工作时指出"徐等提出了一种新结构的微换热器设计，新的结构在强化传热的同时，能够减小阻力"。拟在第六届国际纳通道、微通道、及小通道会议上作特邀报告。