稀薄气体条件下微尺度热对流的改进热丝法热表征
应用物理
2018-05-23 v1
摘要
随着电力电子器件缩小至亚微米尺度，从固体表面到环境的热传输变得至关重要。当器件在稀薄气体环境中工作时，热传输的尺度与分子的平均自由程相当，难以表征。在这项工作中，我们提出了一项关于使用稳态热丝法研究稀薄气体环境中微丝周围热传输的实验研究。与使用瞬态传热过程的传统热丝技术不同，该方法同时考虑了沿导线的热传导以及从导线表面到周围环境的对流效应。在不同加热功率和空气压力下，表征了直径为 25 um 的铂丝在空气中的对流换热系数，以理解气体分子温度和密度的影响。观察到对流换热系数从 7 Pa 下的 14 Wm-2K-1 变化到大气压下的 629 Wm-2K-1。在自由分子流区，努塞尔数 (Nusselt number) 与克努森数 (Knudsen number) 的倒数呈线性关系，斜率 0.274 用于确定等效热耗散边界为 7.03E10-4 m。在过渡流区，获得的等效热耗散边界为 5.02E10-4 m。在恒定压力下，对流换热系数随温度升高而降低，且这种相关性在较高压力下更为敏感。这项工作为研究稀薄气体环境下微/纳尺度的热传导和热对流效应提供了途径，相关知识对于调节各种工业应用中的热耗散至关重要。
引用
@article{arxiv.1709.02192,
title = {Thermal Characterization of Microscale Heat Convection under Rare Gas Condition by a Modified Hot Wire Method},
author = {Jianshu Gao and Yanan Yue and Danmei Xie and Yangheng Xiong},
journal= {arXiv preprint arXiv:1709.02192},
year = {2018}
}