基于减阻与耗散理论的聚合物材料换热器及其传热元件的优化设计理论与实验研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51376069
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0603.传热传质学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Polymer materials heat exchanger has many advantages , such as light weight, low price, production and easy installation and high corrosion resistance and resistance to fauling etc,but because of its low thermal conductivity, the total heat transfer performance is not very high, which limit the scope of its application. This project will design the polymer materials heat exchanger from theoretical and experimental aspects, and the main research contents include: 1. Study the fluid flow resistance and heat transfer characteristics in the heat transfer tube with micro structure at its wall, and characterize and model the relation between the micro structure and flow resistance as well as heat transfer;2. Develope the nano coating process on the surface of polymer material, and study its effect on the properties of flow and heat transfer; 3. Using Monte Carlo method to study the thermal transport of the high thermal conductivity filled composite polymer; 4. Using different heat transfer optimization theory constructs the objection function which can characterize simultaneously the flow resistance and heat transfer enhancement, combined with the optimization algorithm, to develop the optimization design theory and method for the design of polymer materials heat exchanger and tube; 5. Establish single pipe flow performance test platform, using PIV to test the flow field structure and distribution in the heat transfer tube under optimization design, and to strengthen the pipe flow and resistance performance research; 6. According to the optimal design results, shell and tube exchanges are designed and manufactured, and the heat transfer and fluid flow resistance performance are conducted.
聚合物材料换热器具有重量轻、价格低、制作安装方便、高抗腐蚀性及抗污垢等优点,但由于其自身的导热系数比较低,致使总传热性能不高,故实际应用受到限制。本项目将理论和实验相结合研制高效聚合物材料换热器,主要研究内容包括:1.对微结构减阻传热管内流体的流动和换热进行研究,揭示其与流体减阻和传热之间的关系;2. 发展聚合物表面纳米涂层的实现工艺,并研究其对流动和传热性能的影响;3.采用Monte Carlo方法研究高导热填充复合聚合物的热量传递规律;4.利用不同的热量传递优化理论构造能同时表征高分子聚合物材料换热管的换热强度和流动性能的目标函数,结合优化算法,发展相应的异型传热管以及换热器整体的优化设计理论和方法;5.建立单管的流动和传热性能实验平台,利用PIV测试优化设计的传热管内的流场结构分布,并对流体流动和传热性能进行实验研究; 6.设计并制作聚合物换热器,对其传热与流动性能进行实验研究。

结项摘要

聚合物材料换热器具有重量轻、价格低、制作安装方便、高抗腐蚀性及抗污垢等优点,但由于其自身的导热系数比较低,致使总传热性能不高,故实际应用受到限制。本项目将理论和实验相结合研制高效聚合物材料换热器,主要研究内容包括:1. 研究了聚合物基复合材料和本征型聚合物材料的导热行为,增强聚合物材料的导热性能,并对聚合物基复合材料的导热性能进行了实验研究;2. 研发了高效扰流元件,分析插入物对流阻和传热效果的影响,并使用PIV对流场进行验证;3. 对构成换热器的主要组成元件进行模拟仿真,并使用优化算法对传热元件进行优化设计,以获得多个优化参数在其可行域内的最佳组合结果;4. 研究了折流板换热器,对壳程参数进行优化,并对双壳程折流杆换热器进行实验研究,提高工业余热利用热交换设备的性能和效率;5.设计制造聚合物换热器,改造现有管壳式换热器实验平台,并展开换热性能实验研究;6.通过使用不同涂层将微通道内壁面改造成超亲水和超疏水表面,采用了Micro-PIV方法测量了梯形微通道内的流动现象,观察功能化表面对梯形微通道内流动特征的影响。本项目研究对于揭示复合高分子材料的热量传输机理以及开展工业应用具有一定的理论和实验指导意义。

项目成果

期刊论文数量(40)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(11)
专利数量(5)
Extremely High Thermal Conductivity of Aligned Carbon Nanotube-Polyethylene Composites.
定向碳纳米管-聚乙烯复合材料的极高导热性
  • DOI:
    10.1038/srep16543
  • 发表时间:
    2015-11-10
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Liao Q;Liu Z;Liu W;Deng C;Yang N
  • 通讯作者:
    Yang N
Geometry optimization of two-stage thermoelectric generators using simplified conjugate-gradient method
使用简化共轭梯度法优化两级热电发电机的几何形状
  • DOI:
    10.1016/j.apenergy.2017.01.002
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Applied Energy
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Liu Zhichun;Zhu Shiping;Ge Ya;Shan Feng;Zeng Lingping;Liu Wei
  • 通讯作者:
    Liu Wei
Effect of humidified water vapor on heat balance management in a proton exchange membrane fuel cell stack
加湿水蒸气对质子交换膜燃料电池堆热平衡管理的影响
  • DOI:
    10.1002/er.3264
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    International Journal of Energy Research
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Liu Zhichun;Shen Jun;Pei Houchang;Tu Zhengkai;Wang Jun;Wan Zhongmin;Liu Wei
  • 通讯作者:
    Liu Wei
Effects of the orifice to pipe diameter ratio on orifice flows
孔口与管径之比对孔口流量的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2016.06.050
  • 发表时间:
    2016-10-02
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Shan, Feng;Liu, Zhichun;Tsuji, Yoshiyuki
  • 通讯作者:
    Tsuji, Yoshiyuki
Numerical investigations of the thermal-hydraulic performance in a rib-grooved heat exchanger tube based on entropy generation analysis
基于熵产分析的肋槽换热管热工水力性能数值研究
  • DOI:
    10.1016/j.applthermaleng.2016.02.008
  • 发表时间:
    2016-04
  • 期刊:
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zheng Nianben;Liu Peng;Shan Feng;Liu Zhichun;Liu Wei
  • 通讯作者:
    Liu Wei

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    陈向东;刘志春
  • 通讯作者:
    刘志春

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基于微纳多孔介质相变的高性能低品位热传输及转换系统研究
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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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