过载下细小通道内自驱动气液振荡相变传热机理及载荷适应性强化

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51876184
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0603.传热传质学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Phase change heat transfer of self-driven vapor-liquid oscillation in minichannel not only possesses a good energy and mass transport performance, but also shows a great potential for the overload adaptability, which provides an attractive candidate for the highly-efficient cooling of avionic device. Therefore, the project will fabricate a heat transfer device with embedded closed-loop microchannels, set up a centrifugal turntable for simulating the overload environment, and then carry out a visualization experiment of the self-driven vapor-liquid oscillating phase change heat transfer in minichannels. An unsteady theoretical model of vapor-liquid two-phase oscillating phase change heat transfer will be developed via lattice Boltzmann method and numerically simulated, in which the load effect, flow pattern evolutions and coupled evaporation-condensation phase change are considered. Through combining the visualization experiment and numerical simulation, the coupling thermodynamic and kinetic mechanisms of self-driven vapor-liquid oscillating operation, flow pattern evolutions and evaporation/boiling-condensation phase change heat transfer under overload will be revealed. The effects of overload intensity and load application mode on the self-driven vapor-liquid oscillation and phase change heat transfer are going to be expounded. The occurrence and critical conditions for the startup and heat transfer limit of the self-driven vapor-liquid oscillation under overload will be elucidated. In addition, the project will develop the method for the overload adaptability enhancement of the self-driven vapor-liquid oscillating phase change heat transfer in minichannels and fabricate the corresponding heat transfer device with strong overload adaptability. This project will be of significant scientific value in the theory development for the micro/mini-scale vapor-liquid two-phase flow and phase change heat transfer. It will also provide important technical supports for the development of cooling technology for avionics in the aircraft with high maneuverability.
细小通道内自驱动气液振荡相变传热不仅具有高效能质输运性能,更有着良好的过载适应性发展潜力,这为航空电子设备的高效冷却散热提供了一种有效途径。为此,本项目拟研制闭合回路细小通道传热样件,搭建离心式过载环境模拟转台,开展细小通道内自驱动气液振荡相变传热可视化实验;建立综合考虑载荷影响、流型演化及蒸发/沸腾-冷凝耦合的气液振荡相变传热格子Boltzmann非稳态理论模型并进行数值模拟。结合实验与数值模拟,揭示过载下自驱动气液振荡运行状态、流型演化及蒸发/沸腾-冷凝相变传热的热力学与动力学耦合机制,阐明过载强度、施载模式等对自驱动气液振荡相变传热的影响规律,掌握过载下自驱动气液振荡启动与传热极限的产生机理与临界条件,研发细小通道内自驱动气液振荡相变传热过载适应性强化方法与样机。本项目不仅有助于进一步完善微小尺度气液两相流动与相变传热基础理论,也将为高机动航空飞行器电子散热技术发展提供关键技术支撑。

结项摘要

本项目研制了一种双通道串联型板式自驱动气液相变传热样件,搭建了离心式过载环境模拟实验转台,建立了细小通道内自驱动气液脉动相变传热格子玻尔兹曼理论模型;结合实验观测与数值模拟,探明了过载条件下细小通道内自驱动气液两相的运行模式及其与相变传热机制间的内在联系,揭示了过载强度、施载模式等对流动与传热性能的影响规律,掌握了过载下自驱动气液振荡启动与传热极限特性。基于此,引入壁面烧结吸液芯并配合大小交替变截面通道结构设计,研发了过载适应性强化方法与传热样机。.研究结果表明:1) 过载条件下,随着热负荷的升高,细小通道内自驱动气液振荡行为以此呈现“停滞-启动”间歇式运行、持续脉动运行和循环运行;随着过载强度的升高,产生各类运行状态所需的临界热负荷增大;持续脉动运行下,强制对流蒸发-冷凝传热作用凸显,并直至循环运行时开始成为主导传热机制。2) 适当强度的顺载过载(≤3.0g0(g0=9.8m/s2))强化了管间压力分布与传播的不均匀性,有助于提升工质的启动速度与稳定性;侧载过载则始终不利于成功启动。3) 适当强度的顺载过载(≤2.0g0)促进了蒸发段的回流补液,有助于提升烧干极限。4) 顺载和侧载过载均会削弱“气泡泵效应”,进而降低细小通道内自驱动气液振荡相变传热性能,但侧向过载的负面影响更为明显;5) 载适应性强化样机具有良好的传热性能与载荷适应性:平均当量导热性能为6063航空铝合金的3.85倍;1g0~3.6g0载荷范围内,样件导热系数相对变化率≤29%。.基于以上研究成果,在International Journal of Heat and Mass Transfer、Energy Conversion and Management等权威期刊上发表SCI收录论文33篇,申请发明专利6项(已授权3项);受邀做特邀报告2次;培养研究生5名;项目负责人获评江苏省工程热物理学会科学技术一等奖。

项目成果

期刊论文数量(31)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(6)
专利数量(6)
Experimental Study on Sessile Droplet Freezing on a Cold Surface in Low Atmospheric Pressure
低气压冷表面固着液滴冻结实验研究
  • DOI:
    10.1007/s12217-022-09937-4
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    Microgravity Science and Technology
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Chaoqun Shen;Feifan Liu;Quan Peng;Qian Zhang;Xiangdong Liu
  • 通讯作者:
    Xiangdong Liu
Numerical Study on the Liquid-Liquid Interface Evolution during Droplet Coalescence
液滴聚结过程中液-液界面演化的数值研究
  • DOI:
    10.1007/s12217-020-09805-z
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Microgravity Science and Technology
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Chaoqun Shen;Yingying Chen;Cheng Yu;Xiangdong Liu
  • 通讯作者:
    Xiangdong Liu
Experimental and numerical studies on the heat transfer improvement of a latent heat storage unit using gradient tree-shaped fins
梯度树形翅片改善潜热储存装置传热的实验与数值研究
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121920
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yongping Huang;Dongcheng Cao;Dongke Sun;Xiangdong Liu
  • 通讯作者:
    Xiangdong Liu
Experimental study of droplet formation in the cross-junction
交叉连接处液滴形成的实验研究
  • DOI:
    10.1080/01932691.2020.1736092
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Journal of Dispersion Science and Technology
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Suchen Wu;Juan Chen;Xiangdong Liu;Feng Yao
  • 通讯作者:
    Feng Yao
The effect of opening window position on aerosol transmission in an enclosed bus under windless environment.
无风环境下封闭公交车开窗位置对气溶胶传播的影响
  • DOI:
    10.1063/5.0073171
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Physics of fluids (Woodbury, N.Y. : 1994)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yao F;Liu X
  • 通讯作者:
    Liu X

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其他文献

基于同步辐射原位拉伸XRD研究熔盐浸渗的核石墨IG-110微观结构演化
  • DOI:
    10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040106
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    核技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王佳敏;冯尚蕾;杨迎国;王勇;刘向东;周兴泰
  • 通讯作者:
    周兴泰
巴旦木脱青皮机螺旋脱皮辊的设计及有限元分析
  • DOI:
    10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2017.03.011
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国农机化学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    郭兆峰;刘向东;刘小龙;刘旋峰
  • 通讯作者:
    刘旋峰
顺层陡倾岩质边坡变形机理探究
  • DOI:
    10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.20201185
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    安全与环境工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪鸣飞;章广成;包刘磊;姚晔;刘向东;杨新志
  • 通讯作者:
    杨新志
同源四倍体水稻农艺性状的遗传分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国农学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李亚娟;房三虎;张洪胜;沈俊程;刘向东
  • 通讯作者:
    刘向东
杏果实与果枝分离力的影响因素分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    农产品加工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨会民;乔园园;王学农;牛长河;刘向东
  • 通讯作者:
    刘向东

其他文献

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刘向东的其他基金

极端条件下小通道内热驱动相变热疏导机理与性能强化研究
  • 批准号:
    52376077
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
闭合回路微通道中热驱动气液两相脉动流动行为及传热机理研究
  • 批准号:
    51406175
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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