基于表面行波实现微纳通道流动减阻和传热强化的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51506110
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0603.传热传质学
  • 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

The active control of the heat transfer and flow of the fluid in the micro/nano systems is one of the significant techniques in the micro/nano electromechanical systems (MEMS/NEMS) and other nanotechnologies. This project aims to both reduce the thermal resistance at the liquid/solid interface and increase the velocity slip in micro/nano elements using the travelling surface waves, in which the thermal conductivity of the fluid can be increased and its viscosity can be reduced within one nanometre layer close to the wall, improving the field synergy between the velocity and temperature fields and efficiently enhancing the heat transfer and reducing the drag force of the flow. As a result, we can implement the control of heat transfer and flow of the fluid through the nanochannels. The techniques that will be used in this project include the molecular dynamics (MD) simulations, theoretical analysis and experimental investigations. The MD will be used to simulate the heat transfer and flow of the fluid in nanochannels under the condition of travelling surface waves, analysing and summarising the effects of the propagating direction, amplitude, frequency of travelling surface waves, channel walls, fluid types and channel sizes on the interface thermal resistance, velocity slip, conductivity and viscosity of the fluid. Also, the velocity and temperature fields in micro/nanochannels will be calculated in terms of the coupling with the lattice Boltzmann method, and we will build a model to analyse how the travelling surface waves affect the two fields. Based on this work, we can implement the control of the heat transfer and flow of water in silicon nanochannel arrays. This project will provide the basic principle, database and modelling for the active control of the enhancement of heat transfer and drag reduction of the fluid flow in micro/nano systems by the travelling surface waves.
液体在微纳米系统中传热和流动的主动控制是微纳机电系统及其它纳米技术中的关键问题之一。本项目提出在微纳米器件中利用表面行波来同时减小液固界面热阻和增大速度滑移,提高近壁面纳米尺度范围液体的表观热导率和降低其表观粘度,改善速度场和温度场的协同,有效提高传热量和降低流动阻力,以实现对纳米通道内液体传热和流动的控制。研究拟以分子动力学模拟、理论分析和实验研究为手段,模拟基于表面行波的纳米通道内液体的传热和流动,分析和总结行波传播方向、振幅、频率、壁面和液体种类、通道尺寸等因素对界面热阻、速度滑移、液体表观热导率和粘度的影响机制和规律,耦合介观格子Boltzmann方法计算纳米通道内流场和温度的分布,建立表面行波对它们影响的分析模型,以此为基础实现表面行波对水在硅纳米通道阵列内传热和流动的控制。本项目将为基于表面行波进行微纳米系统中液体传热强化和流动减阻的主动控制提供基本的机理、数据和模型基础。

结项摘要

气/液体在微纳米系统中传热和流动的主动控制是微纳机电系统及其它纳米技术中的关键问题之一。本项目提出在微纳米器件中利用表面行波来增大液固界面速度滑移,降低近壁面纳米尺度范围液体的表观粘度,改善速度场和温度场的协同,有效降低流动阻力,以实现对纳米通道内液体流动的主动控制。研究以分子动力学模拟和理论分析为手段,模拟基于表面行波的纳米通道内液体的流动,分析和总结行波振幅、频率、壁面等因素对界面速度滑移、液体表观粘度的影响机制和规律,结合介观格子玻尔兹曼方法计算方腔内流场和温度的分布,建立表面行波/振动对它们影响的分析模型,以此为基础实现表面行波对液体在纳米通道内流动的主动控制。本项目为基于表面行波/振动进行微纳米系统中液体流动减阻/方腔中非牛顿流体传热强化的主动控制提供基本的机理、数据和模型基础。本项目在执行期间共发表6篇SCI期刊论文和3篇国际会议文章。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
Fast nanofluidics by travelling surface waves
通过行进表面波实现快速纳米流体
  • DOI:
    10.1007/s10404-017-1946-z
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Microfluidics and Nanofluidics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Xie Jian-Fei;Cao Bing-Yang
  • 通讯作者:
    Cao Bing-Yang
Nanochannel flow past permeable walls via molecular dynamics
纳米通道通过分子动力学流过渗透壁
  • DOI:
    10.1063/1.4959022
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Xie Jian-Fei;Cao Bing-Yang
  • 通讯作者:
    Cao Bing-Yang
Relative permeabilities of supercritical CO2 and brine in carbon sequestration by a two-phase lattice Boltzmann method
两相晶格玻尔兹曼法固碳中超临界CO2和盐水的相对渗透率
  • DOI:
    10.1007/s00231-017-2007-6
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Xie Jian. -Fei.;He S.;Zu Y. Q.;Lamy-Chappuis B.;Yardley B. W. D.
  • 通讯作者:
    Yardley B. W. D.
Effect of various surface conditions on nanochannel flows past permeable walls
各种表面条件对流经渗透壁的纳米通道的影响
  • DOI:
    10.1080/08927022.2016.1233547
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
    Molecular Simulation
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Xie Jian-Fei;Cao Bing-Yang
  • 通讯作者:
    Cao Bing-Yang
Influence of travelling surface waves on nanofluidic viscosity
行进表面波对纳米流体粘度的影响
  • DOI:
    10.1016/j.compfluid.2017.10.022
  • 发表时间:
    2018-01
  • 期刊:
    Computers & Fluids
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    J.F Xie;B.Y Cao
  • 通讯作者:
    B.Y Cao

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其他文献

基于热lattice-Boltzmann方法的自然对流数值模拟
  • DOI:
    --
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    --
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张勇;解建飞;尹大川;钟诚文
  • 通讯作者:
    钟诚文

其他文献

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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

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          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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