纳米颗粒在多孔介质内的迁移机理及其宏观控制方程

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21506032
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0802.传递过程
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Nanofluid is an innovative cooling medium that can effectively increase the performance of heat exchange equipment. In order to develop advanced heat transfer technology and heat exchange equipment with high efficiency and low energy consumption, in-depth study of fluid flow and heat transfer processes of nanofluids in heat exchange equipment has become a hot spot of current research. Due to the complexity and irregularity of internal structure of heat exchange equipment, porous media model and theory have been widely used to investigate the fluid flow and heat transfer processes. However, there are still many imperfections of theory related to macroscopic governing equations of nanofluid-saturated porous media, since fluid flow and heat transfer processes of nanofluid in porous media involve complex transport phenomena. Moreover, the study associated with effective coefficients of macroscopic governing equations of nanofluid-saturated porous media has not been touched so far. In this project, the macroscopic governing equations of nanofluid-saturated porous media will be derived with nanofluid-saturated porous media as the research object, so as to elucidate the migration mechanism of nanoparticles and investigate the fluid flow and heat transfer processes in nanofluid-saturated porous media. Based on various unit cell structures, the effective coefficient correlations of macroscopic governing equations of nanofluid-saturated porous media will be obtained to discuss the influence of physical geometry and solid phase contact on the effective coefficients. In addition, the proposed macroscopic governing equations of nanofluid-saturated porous media will be applied to study the fluid flow and heat transfer processes of nanofluids in microchannel heat sink, and verify their availability, which will provide a mathematical tool and theoretical basis for the development of nanofluid-cooled microchannel heat sink with high efficiency and low energy consumption.
纳米流体是一种能有效提高换热设备性能的传热冷却工质。为了开发高效、低能耗的换热技术与设备,深入开展纳米流体在换热设备内的流动与传热研究,已成为当前研究的一个热点。由于实际的换热设备内部结构复杂且不规则,多孔介质模型和理论被广泛应用于研究换热设备的流动与传热过程。纳米流体在多孔介质内的流动与传热过程涉及复杂的传输现象,基于纳米流体的多孔介质宏观控制方程的理论尚不完善,尤其是其封闭方法目前还较少涉及。本研究以多孔介质内的纳米流体为研究对象,建立基于纳米流体的多孔介质宏观控制方程,阐明纳米颗粒在多孔介质内的迁移机理;针对几种不同的单元体,拟合得到宏观控制方程的有效系数表达式,探讨物理结构和微观骨架之间的接触对有效系数的影响。通过拟建立的多孔介质宏观控制方程研究纳米流体在微通道热沉中的流动与传热过程,验证该宏观控制方程的有效性,为设计高效、低能耗的微通道热沉提供数学工具和理论支持。

结项摘要

纳米流体是一种能有效提高换热设备性能的传热冷却工质。为了研究纳米流体在微通道内的流动和传热特性,考虑微通道内的尺寸效应和纳米颗粒在微尺度下的四种迁移机理,建立纳米流体在微通道内的微观数学模型。分析结果表明在微通道内布朗扩散和热泳力仍然是纳米颗粒迁移的主导因素。基于体积平均理论和纳米流体的微观控制方程,推导获得基于纳米流体的多孔介质宏观控制方程,并以泡沫金属骨架为特征单元获得有效系数,实现宏观方程的封闭。最终,我们利用该宏观方程研究了纳米流体在泡沫金属内的流动和强化传热特性。分析结果表明,混合强化的换热系数是纯水换热系数的80倍。由于单一纳米流体往往会存在传热越强,阻力增加越大的瓶颈,我们提出使用混合纳米流体。基于单一纳米流体的微观控制方程,建立了基于混合纳米流体的微观控制方程,深入研究混合纳米流体的种类、体积分数比值、颗粒直径比值、混合纳米流体的总体积分数等参数对混合纳米流体的传热和水力学特性的影响。结果表明,氧化铝-氧化钛/水混合纳米流体不仅比氧化铝-氧化锆/水混合纳米流体具有更好的传热性能,而且阻力更小。与此同时,采用PEC指数进行性能评价氧化铝-氧化钛/水混合纳米流体,结果表明在一定泵功率下存在着最优的体积分数比值和颗粒直径比值。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Lattice Boltzmann simulation of asymptotic longitudinal mass dispersion in reconstructed random porous media
重构随机多孔介质中渐近纵向质量色散的格子玻尔兹曼模拟
  • DOI:
    10.1002/aic.16088
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    AIChE Journal
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Chen Yang;Yixiong Lin;Gerald Debenest;Akira Nakayama;Ting Qiu
  • 通讯作者:
    Ting Qiu
Heat transfer performance assessment of hybrid nanofluids in a parallel channel under identical pumping power
相同泵浦功率下并行通道中混合纳米流体的传热性能评估
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2017.04.045
  • 发表时间:
    2017-08
  • 期刊:
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Chen Yang;Xiaowei Wu;Yongkun Zheng;Ting Qiu
  • 通讯作者:
    Ting Qiu
Upscaling multicomponent transport in porous media with a linear reversible heterogeneous reaction
通过线性可逆非均相反应升级多孔介质中的多组分传输
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2017.05.018
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Ting Qiu;Qinglian Wang;Chen Yang
  • 通讯作者:
    Chen Yang
Forced convective transport of alumina–water nanofluid in micro-channels subject to constant heat flux
微通道中氧化铝-水纳米流体在恒定热通量下的强制对流传输
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2016.06.029
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Chen Yang;Kanglei Peng;Akira Nakayama;Ting Qiu
  • 通讯作者:
    Ting Qiu

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其他文献

醚化反应精馏研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    醚化反应精馏研究进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王晓达;陈宇;王清莲;黄智贤;杨臣;王红星;邱挺
  • 通讯作者:
    邱挺

其他文献

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PEMFC各向异性等级孔泡沫金属双极板流场的结构设计和水热管理机制研究
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  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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