近壁边界层对超临界流体拟临界温度附近传热特性影响机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51876024
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 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

The special flow and heat transfer phenomenon of supercritical fluid in the vicinity of pseudo critical point has drown more and more attentions. It has been proved that the boundary layer has great effects on the heat transfer enhancement and deterioration of supercritical fluid and revealing the corresponding mechanism has important scientific significance and great practical value. However, it is meager to us due to the lack of correlative fundamental research. In this project, the basic physical features, as well as the key scientific issues involved in this very field will be studied, including the structural evolution of the boundary layer during the flow and heat transfer process, the heat transfer rules among the viscous sub-layer, the buffer sub-layer and the log-law sub-layer, the large temperature increase when the heat transfer deterioration occurs, the formation cause of buoyancy and thermal acceleration and their effects on the flow and heat transfer. .By combining the experimental measurement, visualization tailing and capturing, numerical simulation and theoretical analysis, the influence mechanisms of boundary layer on the heat transfer enhancement and deterioration of supercritical fluid near the pseudo-critical point will be accurately revealed. The relations of several macroscopic parameters, e.g. system parameters and dimensions of flow channel, and several microscopic parameters, e.g. structure of boundary layer, velocity vector distribution near the wall and stress distribution in the boundary layer, will be built. The turbulence model of supercritical fluid, which fully considers the boundary layer effects, will be developed. It is expected to provide part of theory foundation for the development of heat transfer augmentation technique of supercritical fluid.
超临界流体在其拟临界点附近的特殊流动与传热现象日益受到广泛关注,而拟临界点附近传热强化及传热恶化受边界层效应的影响对超临界流体传热机理的揭示有着重要的科学意义和实际价值,但迄今为止相关基础研究不足。本项目拟对管内超临界流体流动与传热过程中近壁边界层的结构演变,粘性底层、缓冲层与对数层间的热量传递规律,传热恶化时的温度飞升等表观现象背后的流动与传热机理,浮升力及热加速度成因及对流动与传热的影响等相关基本物理过程和关键科学问题进行研究。采用实验测量、可视化跟踪捕捉、数值计算与理论分析相结合的手段,准确揭示边界层效应对超临界流体在拟临界点附近传热强化和传热恶化特性的影响机理,构建系统参数及流道尺度等宏观参数时空变化与边界层结构、近壁速度矢量分布,边界层间应力分布等微观特征的内在联系。发展考虑边界层效应的管内超临界流体湍流流动与传热模型,为超临界传热强化技术的发展提供一定的理论基础。

结项摘要

超临界流体在其拟临界点附近的特殊流动与传热现象日益受到广泛关注,而边界层效应对拟临界点附近传热强化及传热恶化的影响对超临界流体传热机理的揭示有着重要的科学意义和实际价值,但迄今为止相关基础研究不足。本项目搭建了可视化超临界CO2流动传热实验平台,通过对超临界CO2传热恶化状态下的可视化实验研究(上升流),发现当局部壁温出现飞升时,加热面附近流体出现明显的“模糊拖影”,该现象为超临界CO2传热恶化状态下直观的流动状态表现,其本质是加热面附近流体受热达到“类气态”而密度显著降低,在浮升力的作用下,产生了强烈的局部流动加速效应。这一局部流动加速现象定性地反映了超临界传热恶化中典型的“M”型速度分布,并揭示了加热面附近流体能量传递与质量传递对整体换热表现的显著影响。通过圆管内的湍流传热实验,探究在宽浮升力范围下超临界CO2的传热表现,发现超临界CO2发生传热恶化的界限热流密度qonset, min与质量流速G的平方成正比关系,提出了通用传热恶化判据,该判据经过与文献中的实验工况对比验证,具有良好的普适性及外推性。在实验研究基础上进一步开展了数值模拟研究,速、减小局部的湍流切应力进而削弱边界层内的湍流强度来恶化上升流中的传热表现。基于(拟)临界温度附近物性变化与边界层效应的耦合机制,以传统SST 湍流模型为基础,进一步考虑管径与系统压力对传热恶化的影响,提出了可变Prt的模型改进方案。模型通过总计26组超临界CO2实验工况的验证,不仅可以复现传热恶化中出现的壁温突起现象,其预测结果还能反映超临界CO2传热恶化随入口温度Tin及热流密度q升高的发生演变过程。改进模型适用范围广,预测精度明显优于现有的传统湍流模型,对于高效超临界CO2换热器设计及其工业应用具有良好的实用价值。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(2)
Study on artificial neural network-based prediction of thermal characteristics of supercritical CO2 in vertical channels
基于人工神经网络的垂直通道超临界CO2热特性预测研究
  • DOI:
    10.1016/j.icheatmasstransfer.2022.106502
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    International Communications in Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Xiaojing Zhu;Ruizeng Zhang;Xiao Yu;Qinggang Qiu;Liang Zhao
  • 通讯作者:
    Liang Zhao
Experimental study on heat transfer deterioration of supercritical CO2 in a round tube:A boundary assessment
圆管内超临界CO2传热恶化的实验研究:边界评估
  • DOI:
    10.1016/j.icheatmasstransfer.2022.106055
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    International Communications in Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Xiaojing Zhu;Ruizeng Zhang;Xin Du;Xiao Yu;Qinggang Qiu
  • 通讯作者:
    Qinggang Qiu
Heat transfer of supercritical CO2 in vertical round tube: A considerate turbulent Prandtl number modification
垂直圆管中超临界二氧化碳的传热:考虑周全的湍流普朗特数修正
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2019.116612
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Energy
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Xin Du;Zhihao Lv;Xiao Yu;Maoguo Cao;Jianjun Zhou;Yongxiang Ren;Qinggang Qiu;Xiaojing Zhu
  • 通讯作者:
    Xiaojing Zhu
Numerical analysis of diameter effects on convective supercritical water flow in a vertical round tube
垂直圆管内对流超临界水流直径影响的数值分析
  • DOI:
    10.1016/j.applthermaleng.2019.114095
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Du Xin;Lv Zhihao;Zhao Shuai;Qiu Qinggang;Zhu Xiaojing
  • 通讯作者:
    Zhu Xiaojing
SCWR类三角形通道超临界流动传热定位格架结构影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    核科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐维晖;闫友志;王为术;崔强
  • 通讯作者:
    崔强

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其他文献

基于出行效率提升的公共交通线网优化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    武汉理工大学学报(交通科学与工程版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    揭远朋;冯雪松;解振全;刘异;朱晓静
  • 通讯作者:
    朱晓静
刘思怡,朱晓静,房峰祥,张豪杰,邱安东,陈玉琼,茶树叶片氟亚细胞分布及其与细胞壁结合特性的研究,茶叶科学,2018.38(03):305-312
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    茶叶科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘思怡;朱晓静;房峰祥;邱安东;陈玉琼
  • 通讯作者:
    陈玉琼
超临界水在垂直上升类矩形通道内传热与阻力特性试验研究
  • DOI:
    10.13334/j.0258-8013.pcsee.152207
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐维晖;朱晓静;王为术;邱庆刚;崔强
  • 通讯作者:
    崔强
类三角形堆芯子通道超临界水传热试验研究
  • DOI:
    10.13832/j.jnpe.2017.02.0024
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    核动力工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐维晖;马自强;王为术;崔强;朱晓静;路统;毕勤成
  • 通讯作者:
    毕勤成
水平管降膜蒸发器中液膜厚度周向分布的数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱晓静;邱庆刚;权生林;沈胜强
  • 通讯作者:
    沈胜强

其他文献

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朱晓静的其他基金

定位格架影响条件下堆芯通道超临界流体流动与传热机理研究
  • 批准号:
    51406026
  • 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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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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