亲疏水异质表面可控滴状冷凝传热机理及实现方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51806065
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0605.多相流热物理学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

During dropwise condensation on superhydrophobic nanostructure surface, the drop size distribution is random and the wetting states change with operating conditions. As a result, coalescence-induced droplet jumping is just a possible event. However, the dropwise condensation may be controllable with uniform droplet sizes, yielding multi-droplets coalescence and large area droplet jumping on hybrid surface with patterned hydrophilic dots among superhydrophobic nanostructure. The structure parameters of hybrid surface are the key factor to obtain controllable dropwise condensation and heat transfer enhancement. Thus, the scientific issue is proposed as the influence mechanism of structure parameters on dropwise condensation heat transfer on patterned hydrophilic/superhydrophobic surface. Three main research aspects will be performed. (1) Based on theoretical study of dropwise condensation on patterned hydrophilic/superhydrophobic surface, critical criterion of mode selection for droplet growth and departure will be proposed. The range of structure parameter for controllable condensation will be suggested step by step. The maximal heat transfer enhancement factor is expected to be calculated theoretically. (2) To develop fabrication method of hybrid surface, the characteristics of the nanofluids evaporation and particle deposition in confined space will be obtained first. Base on particle self-assembly, sintering and selective corrosion, a increasing material method to fabricate hybrid surface on metal substrate will be developed. (3) Among experimental researches on controllable dropwise condensation, the influence mechanism of the size and spacing of hydrophobic structures on the nucleation, growth, jumping and distribution of condensate droplet will be focused on. The operating conditions for controllable dropwise condensation are also interested in. Obtaining controllable dropwise condensation and heat transfer enhancement by matching of microstructure parameters is the characteristic of this project.
超疏水纳米表面冷凝液滴尺寸随机分布、浸润状态随运行条件改变,影响液滴聚合弹跳概率。具有阵列化亲水点的亲疏水异质表面有望实现可控冷凝:冷凝液滴同步生长、多滴聚合、大规模弹跳,从而强化传热,其关键在于表面结构参数的匹配。因此,申请人提出“亲疏水表面结构参数对滴状冷凝传热影响机理”的科学问题,安排3个研究内容:(1)亲疏水表面滴状冷凝理论研究,提出液滴生长模式、脱落模式转变临界准则,逐级限定亲疏水表面可控冷凝的结构参数范围,探究表面冷凝传热强化极限;(2)亲疏水表面制备方法研究,获得受限空间纳米流体蒸发、颗粒沉积规律,基于颗粒自组装、烧结与选择性腐蚀,发展一种结构参数可控的金属基亲疏水表面增材加工方法;(3)可控滴状冷凝实验研究,揭示亲疏水表面亲水环尺寸及间距对液滴生长、弹跳及时空分布的影响机理,获得可控滴状冷凝的运行条件。项目特色在于:调控微观结构参数,实现可控滴状冷凝,大幅提升传热性能。

结项摘要

项目围绕“亲疏水表面结构参数对滴状冷凝传热影响机理”这一关键科学问题,开展亲疏水异质表面冷凝传热理论模型、表面制备方法、冷凝传热实验三方面研究。理论研究方面,建立了条纹状与点阵状两类亲疏水异质表面冷凝传热模型,获得了基于表面结构参数的传热分区图,明晰了传热强化必备条件与最佳条件:存在最优亲水区间距,使得表面总传热性能最优;当亲水区域尺寸小于一定值、亲水区域间距大于一定值时,异质表面才能强化传热。表面制备方面,结合热扩散焊、受限空间纳米流体蒸发与自组装、化学/电化学腐蚀等方法,研发了多种亲疏水异质表面并掌握了其结构参数调控方法。冷凝传热实验方面,警示了冷凝环境下浸润性功能表面稳定性问题,揭示了杆状纳米结构伏倒、疏水高分子团聚两种表面破坏机制。具有纳米颗粒结构的亲疏水异质表面稳定性更好,将其引入微通道对流冷凝传热,与全疏水表面相比,冷凝传热系数最大强化89%,在电子散热、海水淡化等领域具有应用前景。.项目发表期刊论文6篇、会议论文5篇,授权发明专利4项。项目成员参加学术会议13人次,作大会报告/特邀报告报告4次,获IAAM Award国际学术奖;协助培养毕业生3人,获博士国家奖学金及校长奖学金、北京市大学生节能减排竞赛三等奖等。研究成果得到了同行认可和企业关注,冷凝传热理论模型被评价为:为异质冷凝表面设计建立了通用框架(“establishes a general framework”);与中兴通讯股份有限公司等企业合作,将研发的冷凝功能表面应用于5G基站散热热管研制等。另外,项目启发了将口罩表面制备成浸润性功能表面,应对寒冷季节人体呼出温湿气体冷凝引起的口罩防护漏洞,为疫情科学防控提供了建议。为解决项目执行中发现的冷凝功能表面稳定性问题,提出超疏水软表面,获得国家自然科学基金面上项目后续资助。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(5)
专利数量(4)
A comprehensive comparison between substrate heating and light heating induced nanofluid droplet evaporations
衬底加热和光加热诱导纳米液滴蒸发的综合比较
  • DOI:
    10.1016/j.applthermaleng.2020.115389
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Xin Yan;Jinliang Xu;Zhijun Meng;Jian Xie
  • 通讯作者:
    Jian Xie
Mixed dropwise-filmwise condensation heat transfer on biphilic surface
双亲表面混合滴膜冷凝传热
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119273
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Jian Xie;Qingting She;Jinliang Xu;Cong Liang;Wenxiao Li
  • 通讯作者:
    Wenxiao Li
壁面浸润性对液滴撞击液面行为的影响
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1000-2162.2019.05.009
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    安徽大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李享;刘念;谢剑;徐进良
  • 通讯作者:
    徐进良
A New Mechanism of Light-Induced Bubble Growth to Propel Microbubble Piston Engine
光致气泡生长推动微气泡活塞发动机的新机制
  • DOI:
    10.1002/smll.202001548
  • 发表时间:
    2020-06-22
  • 期刊:
    SMALL
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Yan, Xin;Xu, Jinliang;Wang, Hao
  • 通讯作者:
    Wang, Hao
In-situ phase separation to improve phase change heat transfer performance
原位相分离提高相变传热性能
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2021.120845
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Energy
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Xiaojing Ma;Jinliang Xu;Jian Xie
  • 通讯作者:
    Jian Xie

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其他文献

超低温冻融循环对混凝土材料性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏强;谢剑;吴洪海;WEI Qiang1,XIE Jian1,2,WU Hong-hai1(1.Department o;2.Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety,M
  • 通讯作者:
    2.Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety,M
低温环境下混凝土性能的试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王传星;谢剑;李会杰;WANG Chuan-xing1,XIE Jian1,2,LI Hui-jie1(1.Departm;2.Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety,M
  • 通讯作者:
    2.Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety,M
超低温冻融循环下钢筋与混凝土的黏结性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    天津大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢剑
  • 通讯作者:
    谢剑
Global Well-Posedness and Scattering for the Defocusing H^s -Critical NLS
散焦 H^s 的全局适定性和散射 - 临界 NLS
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Chinese Annals of Mathematics Series B
  • 影响因子:
    0.5
  • 作者:
    谢剑;方道元
  • 通讯作者:
    方道元
融合设计过程与设计知识的产品概念设计方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    计算机集成制造系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宫琳;张子健;谢剑;阎艳
  • 通讯作者:
    阎艳

其他文献

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谢剑的其他基金

超疏水弹性软表面滴状冷凝传热性能及机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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