中文摘要：

微柱群结构和特征尺寸对柱群内部旋涡演变规律及混合对流强化传热有重要影响，开展相关研究具有重大理论创新与突破，同时，也将会拓宽微观传热传质领域的研究范围和深度，并为新型超高热流微型换热系统开发与研制提供理论基础。本项目以柱水力直径80-500微米、柱间平均距100-500微米且不同排列结构的微柱群为研究对象，采用理论分析、数值计算与实验研究方法，系统地研究微柱群内部旋涡产生、生长、脱落的基本特征，以及旋涡演变、流动转捩与内部混合对流传热相互作用规律。阐释旋涡在微柱群内部形成机制与演变规律，探明旋涡演变规律对内部混合对流传热作用机制，揭示微柱群内部混合对流强化传热机理。

结论摘要：

本项目在互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，即CMOS）领域对微空间散热需求日益严苛的研究背景下，在流体力学与微传热传质范畴内，提出了充分考虑微尺度效应的、更为完善的理论模型，对微柱水力直径80-500μm、平均柱间距100-500μm、具有不同排列方式微柱群微柱群内部流场与温度场进行了全面考察；并采用层析粒子成像和红外成像系统测量了微柱群间旋涡产生、生长、脱落、流动转捩及其表面温度场。项目紧紧围绕微柱群内部漩涡演变与混合对流换热规律及机理，采用理论分析、数学模拟以及可视化实验等多种研究手段，从微柱群表观特征对流动-换热的作用规律、微柱群流场内部漩涡分布和演变规律及其与流动转捩关系，以及微柱群内部混合对流换热规律等不同角度、不同层次展开研究。研究发现，微/小尺度效应、柱表面及柱底面粗糙度效应的影响使微柱群流动转捩提前，且柱群间流动摩擦阻力特性发生明显异常，现有关联式已不能描述此尺寸柱群内部的流动特性。获得了适用于微柱群流动阻力的新型计算关联式，能够对微米量级柱群的流动阻力进行较为准确的估算。在表面粗糙度等微尺度效应的影响下，单圆柱绕流涡街出现明显提前；而对于微柱群，并联单排微圆柱尾流区，未形成稳定的周期性涡街；而3×3等间距方阵微柱群的流场则形成了周期性涡街，其旋涡脱落周期为单柱的2.7倍。本项目通过研究微柱群内部流动中旋涡产生、生长及脱落规律、流动转捩及其与混合对流换热的相互作用机理，有效降低了微柱群间复杂流动对强化换热的负面影响，为微型高效散热系统积累全面而可靠的数据的同时奠定了理论基础。因此，本项目的完成不但拓宽了微尺度流动传热领域的研究范围和深度，对于圆柱群绕流基础理论研究也有着重要的创新意义。根据研究进度及研究目标，项目已按时、按量完成了研究计划，并取得了一系列有特色的创新性成果。三年来，共完成相关学术论文16篇，其中被SCI收录5篇，EI收录12篇（含4篇SCI/EI双检），ISTP收录1篇；申请发明专利2项。