弹性肋片涡激振动强化圆管对流传热研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51506224
  • 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

In micro-electromechanical system (MEMS), many studies have found that the convective heat transfer of micro plates and tunnels can be enhanced significantly by the flow-induced vibration of micro-fins. However, very few work have been done on the nature of heat transfer enhancement of the flexible fin and its applications to other heat transfer structures such as tubes in many heat exchangers. Hence, the following work are carried out by this project: (1) designing a modified finned-tube structure which can take the advantages of the flow-induced vibration of the flexible fin in enhancing convective heat transfer, and establishing the corresponding mechanic and mathematical models; (2) developing a numerical method for the forced convective heat transfer of this modified finned-tube model at low Reynolds numbers, based on the characteristic-based split (CBS) finite element method (FEM), the dual time stepping method, the Galerkin FEM, the spring analogy method, the combined interface boundary condition (CIBC) method and the loosely coupled FSI method; (3) by numerical simulation, investigating in detail the influence of the flow, structure and thermal parameters on the vortex-induced vibration of the flexible fin and the heat transfer characteristics of the modified finned-tube model; (4) using the Lagrangian coherent structure, describing quantitatively the influence of the fin vibration on the convective characteristics of the flow field near the structure surface, and revealing the mechanism of heat transfer enhancement by flow-induced vibration of the flexible fin. This project will provide a new approach for the heat transfer enhancement technique using flow-induced vibration and lay a foundation for the application of the flexible fin in other heat transfer problems.
在微机电系统中,微型翅片流致振动对平板和微通道强制对流传热的显著强化作用已经为众多研究所证实。然而,弹性肋片流致振动强化传热的机理及其对于圆管等传热结构的适用性的相关研究还非常不足。因此,拟开展以下几个方面的工作:(1)提出一种可主动利用流致振动强化传热的弹性肋片圆管结构模型,建立对应力学和数学分析模型;(2)基于CBS有限元解法、双时间步方法、Galerkin有限元解法、弹簧近似法、修正结合界面边界条件方法以及流-固松耦合解法,开发层流情况下弹性肋片圆管模型强制对流传热问题的流-固耦合解法;(3)通过数值试验,揭示主要流场、结构及传热参数对弹性肋片圆管模型涡激振动、传热特性的影响规律;(4)利用拉格朗日拟序结构,定量分析肋片振动对近壁区流场对流特性的影响机制,揭示弹性肋片流致振动强化传热的机理。本项目将为流致振动强化传热技术的发展提供新的思路,为弹性肋片的推广及应用奠定理论基础。

结项摘要

在湍流脉动、旋涡脱落等因素影响下,流体中的弹性结构可以产生自激振动。流致振动可以增加流场湍流度、缩小“死水区”、提高近壁面流体与主流间的动量交换,因此可以用于强化对流传热。基于该思想,本项目提出了一种新型弹性肋片管结构,并利用数值方法对其流致振动特性、对流传热特性进行了研究。主要完成了以下几个方面的工作:(1)提出了一种弹性肋片管结构模型,并对相应流动、传热、振动过程建立了力学和数学模型;(2)通过将CBS有限元解法、双时间步方法、Galerkin有限元解法、弹簧近似法、流-固松耦合解法相结合,发展了一种高效稳定的流-固-热耦合解法及程序,并利用流动、对流传热和振动经典算例进行了验证;(3)通过数值模拟,研究了所提出弹性肋片管的流致振动和对流传热特性。研究结果表明:当弹性肋片结构固有频率接近肋片管旋涡脱落频率时,弹性肋片流致振动频率将“锁定”到结构固有频率上,振幅也会显著增加;弹性肋片大幅振动可使肋片管表面旋涡提前脱落,减小尾流“死水区”,从而提高对流传热效率。在计算参数范围内,与刚性肋片管相比,弹性肋片管可实现最高11.07%的强化传热效果。本项目为流致振动强化传热技术的发展提供了新的思路,为弹性肋片的推广及应用奠定了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Nonlinear dynamic responses of a perimeter-reinforced membrane wing in laminar flows
层流中周边加固膜翼的非线性动态响应
  • DOI:
    10.1007/s11071-016-3274-3
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    NONLINEAR DYNAMICS
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Sun Xu;Ren Xiao-Long;Zhang Jia-Zhong
  • 通讯作者:
    Zhang Jia-Zhong
Effect of the reinforced leading or trailing edge on the aerodynamic performance of a perimeter-reinforced membrane wing
增强前缘或后缘对周边增强膜翼气动性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jfluidstructs.2016.07.023
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Fluids and Structures
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Sun Xu;Zhang Jiazhong
  • 通讯作者:
    Zhang Jiazhong
Flow-induced vibrations of two staggered circular cylinders at low Reynolds number
低雷诺数下两个交错圆柱体的流激振动
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Vibration Testing and System Dynamics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ze-Hua Ye;Xu Sun;Jia-Zhong Zhang
  • 通讯作者:
    Jia-Zhong Zhang
Bifurcations of vortex-induced vibrations of a fixed membrane wing at Re 1000
Re 1000 时固定膜翼涡激振动的分叉
  • DOI:
    10.1007/s11071-017-4004-1
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Nonlinear Dynamics
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Sun Xu;Wang Shi-Zhao;Zhang Jia-Zhong;Ye Ze-Hua
  • 通讯作者:
    Ye Ze-Hua
Nonlinear vibrations of a flexible membrane under periodic load
周期性载荷下柔性膜的非线性振动
  • DOI:
    10.1007/s11071-016-2838-6
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
    Nonlinear Dynamics
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Sun Xu;Zhang Jia-zhong
  • 通讯作者:
    Zhang Jia-zhong

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其他文献

乳腺癌组织乙酰肝素酶表达临床意义Meta分析
  • DOI:
    10.16073/j.cnki.cjcpt.2016.02.015
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中华肿瘤防治杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙旭;张甘霖;于明薇;张怡;杨国旺;王笑民
  • 通讯作者:
    王笑民
自适应解卷积方法抑制管道TOFD周向扫查盲区
  • DOI:
    10.19650/j.cnki.cjsi.j2108537
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    林莉
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    金士杰;张波;孙旭;王志诚;林莉
  • 通讯作者:
    林莉
基于半跨模式波的铝合金板底面缺陷TOFD检测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    金士杰;王志诚;田鑫;孙旭;林莉
  • 通讯作者:
    林莉
生长撑开型非融合矫形技术治疗早发性脊柱侧凸的远期疗效
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.0253-2352.2020.04.004
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中华骨科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐亮;孙旭;杨柏;杜长志;周庆双;王牧一;王斌;俞杨;钱邦平;朱泽章;邱勇
  • 通讯作者:
    邱勇

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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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