基于CFD-DEM相变微胶囊液固两相流时空分布及对流传热特性

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51306002
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0605.多相流热物理学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The flow and heat transfer of microencapsulated phase change material(MEPCM)liquid-solid two phase fluid in heat and mass transfer device is a complex convective heat transfer process with a heterogeneous multiscale structure. And the issues such as solid-liquid phase change mechanism in limited micro space and microscale agglomerate structure of particle and interaction between particles and fluid are concerned. In this project, coupling of computational fluid dynamics (CFD) and discrete element method (DEM) methods are employed to study the movement and heterogeneity distribution of MEPCM particles and MEPCM slurry structure near wall region and the interaction between particle and fluid and wall and heat transfer process. The visualization experiment system is also designed to study the flow pattern and convective heat transfer characteristics of MEPCM slurry in tube. Through the above research work, the time-space distribution characteristics, the movement and phase change process of MEPCM particles and the coupling relationship with fluid flow and heat transfer will be obtained. The energy transfer mechanism and interaction between particle and particle, particle and fluid, particle and wall will be explicated. This project not only has great scientific significance for integrity of solid-liquid two phase flow theory considering phase change, but also has important directive function for large scale engineering application using MEPCM slurry.
相变微胶囊液固两相功能流体在传热装置中的流动与传热是一个多相多尺度结构的复杂运动与传热过程,涉及微小受限空间固-液相变机理、颗粒微观聚团性结构、颗粒间及颗粒与流体间相互作用及传热等诸多问题。本项目拟采用CFD-DEM耦合方法研究相变微胶囊颗粒的运动及不均匀性分布、近壁区微胶囊化相变材料功能流体结构、颗粒与流体及壁面相互作用和对流传热过程;搭建可视化实验测试平台,观测通道内相变微胶囊液固两相功能流体的流动形态以及对流传热特性。通过上述研究获得通道内相变微胶囊液固两相功能流体的时空分布特性;相变微胶囊颗粒运动及相变过程与流体流动与传热的耦合关系;揭示颗粒-颗粒之间、颗粒-流体之间、颗粒-壁面之间的相互作用及能量传递机制。本项目不仅对于完善含有相的转变但没有物质传递的固液两相流基础理论具有重要的科学意义,同时对微胶囊化相变材料功能流体的工程化大规模应用也具有重要的指导意义。

结项摘要

相变微胶囊液固两相流体是由微胶囊化的相变材料和单相液体按一定比例制备而成。因微胶囊颗粒运动效应及相变潜热存在,增加了有效导热系数和有效比热容,使其在热控制和热能输运领域具有广阔的应用前景。但该两相流体在传热装置中的流动与传热是一个多相多尺度结构的复杂运动与传热过程,涉及微小受限空间固-液相变机理,颗粒微观聚团性结构,颗粒之间、颗粒流体之间相互作用及传热等诸多问题。项目基于CFD-DPM及CFD-DEM耦合模型系统研究了单个细小槽道内相变微胶囊悬浮液流动与传热特性,分析讨论了微胶囊颗粒质量分数、微胶囊颗粒粒径、壁面加热热流密度等因素的影响。研究结果进一步明确了相变微胶囊悬浮液强化传热机制,掌握了通道内相变微胶囊颗粒的空间浓度分布规律;得到了不同质量分数、不同粒径、不同加热热流密度时通道内相变微胶囊悬浮液的阻力特性、温度分布规律及强化传热特性。此外,为将相变微胶囊功能流体更好的应用工程实际,项目还开展了多个细小通道集成的热交换器的流体分配均匀性的研究工作,设计出一种热交换器,使其具有较低功耗和较好的传热性能,为相变微胶囊悬浮液的应用奠定基础。通过上述研究,掌握了液固两相流领域内只有热传递、无质传递的强化传热机制,并明确了颗粒效应和相变潜热各自的强化传热能力,为相变微胶囊功能流体的工程实际应用提供了数据支撑。本项目的研究成果不仅对于完善含有相的转变但没有物质传递的固液两相流基础理论具有重要的科学意义,同时对微胶囊化相变材料功能流体的工程实际应用也具有一定的指导意义。

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(2)
专利数量(0)
不同结构细小槽道热沉流量均匀性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    过程工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵伟;池帮杰;韩亚芳;钱付平
  • 通讯作者:
    钱付平
相变微胶囊功能材料制备及应用基础研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    化工新型材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩亚芳;张汪林;鲁进利
  • 通讯作者:
    鲁进利
细小通道内相变微胶囊悬浮液流动与传热研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    化工新型材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    池帮杰;鲁进利;韩亚芳;刘宁
  • 通讯作者:
    刘宁
平行细小槽道热沉的综合性能实验测试
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    低温与超导
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲁进利;韩亚芳
  • 通讯作者:
    韩亚芳
细小圆管内Micro-PCMS紊流对流传热特性的CFD-DPM模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    过程工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲁进利;张汪林;韩亚芳;钱付平
  • 通讯作者:
    钱付平

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其他文献

微细颗粒物在过滤介质中过滤特性的CFD-DEM 模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    土木建筑与环境工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    钱付平;于先坤;鲁进利
  • 通讯作者:
    鲁进利
不同截面微通道中流动阻力特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    东南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲁进利;周宾;许忠林;蒋洁;郭雨含;郝英立
  • 通讯作者:
    郝英立
基于网格冻结法颗粒沉积形态对纤维介质过滤特性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    钱付平;于先坤;鲁进利
  • 通讯作者:
    鲁进利
Numerical study the solid volume fraction and pressure drop of the fibrous media based on SEM using response surface methodology
使用响应面法对基于 SEM 的纤维介质的固体体积分数和压降进行数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Chemical Engineering and Technology
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    朱小洁;钱付平;鲁进利;张浩
  • 通讯作者:
    张浩
单个相变微胶囊在湍流中的运动与融化特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    热科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲁进利;郝英立
  • 通讯作者:
    郝英立

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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