纳米流体非均匀不稳定集热对流形态及传热特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51676046
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0607.可再生能源与新能源利用中的工程热物理问题
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Medium-temperature solar heat utilization, such as solar thermal power generation, solar thermal refrigeration and air conditioning, as well as solar energy based industrial process heating, has great potential for application. A previously proposed solar collector employs uncoated collector tube in which nanofluids with strong absorption properties acts as working fluid. As it could improve the absorption and thermo-physical properties, and exhibit a relatively higher main fluid temperature of the nanofluids than the tube wall temperature under certain condition. Therefore, a novel nanofluids based direct absorption solar collection/steam generation system is proposed in this project. The key characteristics of the flow and heat transfer involved in such novel system, such as the transition of convection pattern, the convective heat transfer coupled with solar absorption, will be investigated. Based on the analysis of physical properties of the prepared nanofluids, including the absorption coefficient, the thermal conductivity as well as the viscosity, the effect on the flow of nanoparticles by the thermophoretic and photophoretic velocity and forces incorporated with the Brownian motion will be studied theoretically. The law of the flow pattern transition caused by non-uniform heat absorption and unsteady flow in the nanofluids will be discussed. The model of the convective heat transfer with “non-uniform internal heat resource” will be developed, in the modeling, the factors of the particle flow and two phase condition will be considered. Then, under different temperature and radiation intensity conditions, the dynamic performance of the solar collection –heat transfer in the nanofluids with various mass fractions will be tested by theoretical simulation and experiment. The findings and results in this project will provide theoretical supports for the developments of the proposed novel mid-temperature solar collector/steam generator.
太阳能中温热利用节能潜力巨大。采用纳米流体在无涂层透明管内直接吸收太阳辐射进行中温集热,具有优异的光吸收和传热性能,避免了涂层耐久性差和传统集热管周向温差大导致可靠性降低等缺陷。鉴于纳米流体吸收辐射热具有 “内热源”效应,并呈现出集热主流温度高于管壁的特征,本项目提出并探讨一种纳米流体直接吸收式太阳能集热/蒸汽发生系统,对非均匀不稳定聚光集热-传热过程所涉及的纳米流体对流形态、光吸收与对流传热耦合特性等问题开展研究。在纳米流体制备和对吸光系数、热导率和粘度等物性分析基础上,探讨光泳、热泳和布朗运动引起的纳米颗粒迁移特性,以及纳米流体因吸热不均匀与流动不稳定导致的对流形态变化规律;建立涉及纳米颗粒迁移影响和两相特征的“非均匀内热源”集热-对流传热模型;通过理论和实验研究,获得不同温度与辐射强度工况下,不同纳米流体的集热-传热动态特性,为这种新型太阳能中温集热/蒸发发生装置研发奠定理论基础。

结项摘要

太阳能中温蒸汽应用于驱动制冷空调、有机朗肯循环热发电、工业加热等领域的潜力巨大。项目提出了一种纳米流体集热的新型太阳能蒸汽发生装置(NSVG),在内设蒸发套管的无涂层集热管内,纳米流体径向逐层吸收透过的太阳辐射能,形成环形空间的非均匀体积内热源,通过自然对流换热将热量传递给套管内蒸发工质。围绕聚光工况下纳米流体因吸热不均匀与流动不稳定导致对流形态变化及其耦合传热特性,完成了性能分析与优化,主要研究内容和结果如下:1)制备并测试了不同浓度石墨烯/导热油纳米流体的热物性和吸光系数,分析了光谱吸收与散射特性及颗粒泳输运特性;2)建立了聚光辐射能流分布边界条件下纳米流体非均匀集热-对流传热数学模型,揭示了纳米流体中颗粒光吸收所呈现的“内热源”特性下的集热机理与对流形态转捩规律,分析了纳米流体浓度、太阳辐射强度、环形空间结构尺寸等因素对流动形态和对流强度的影响规律;3)研究了纳米流体速度场与温度场的耦合特性及其对集热传热性能的影响,NSVG呈现出高流速和高温区均位于环形空间流体中心的对流形态与温度分布特征,强化了自然对流以及向蒸发介质的传热,同时可快速将聚光区收集的热量传递到非聚光区,提高了温度分布的均匀性,有利于提升集热效率和装置可靠性;4)搭建了纳米流体集热的太阳能蒸汽发生实验系统,模拟和实验相结合,得到了80~135℃工况下的NSVG集热和蒸汽发生性能,给出了纳米流体浓度、结构尺寸的优化方案。环形空间纳米流体层厚度为12.5mm和10.5mm时的最佳颗粒浓度分别约为0.06mg/ml和0.1mg/ml。研究结果为这种新型太阳能集热蒸汽发生系统的优化设计与应用提供理论支撑。

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(5)
专利数量(4)
聚光条件下纳米流体非均匀集热特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    东南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐国英;陈彩;张小松;陈伟
  • 通讯作者:
    陈伟
Experimental thermal evaluation of a novel solar collector using magnetic nano-particles
使用磁性纳米颗粒的新型太阳能集热器的实验热评估
  • DOI:
    10.1016/j.enconman.2016.10.036
  • 发表时间:
    2016-12
  • 期刊:
    Energy Conversion and Management
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Xu Guoying;Zhao Shanguo;Zhang Xiaosong;Zhou Xiaofeng
  • 通讯作者:
    Zhou Xiaofeng
An updated review on the influential parameters on thermal conductivity of nano-fluids
影响纳米流体导热系数参数的最新进展
  • DOI:
    10.1016/j.molliq.2019.111780
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Journal of Molecular Liquids
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Yang Liu;Ji Weikai;Huang Jia-nan;Xu Guoying
  • 通讯作者:
    Xu Guoying
Thermal Properties and Solar Collection Characteristics of Oil-based Nanofluids with Low Graphene Concentration
低石墨烯浓度油基纳米流体的热性能和太阳能收集特性
  • DOI:
    10.1016/j.egypro.2017.03.301
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    Energy Procedia
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Ning;Xu Guoying;Li Shuhong;Zhang Xiaosong
  • 通讯作者:
    Zhang Xiaosong
Experimental Study on the Thermal Start-Up Performance of the Graphene/Water Nanofluid-Enhanced Solar Gravity Heat Pipe
石墨烯/水纳米流体增强太阳能重力热管热启动性能实验研究
  • DOI:
    10.3390/nano8020072
  • 发表时间:
    2018-01
  • 期刊:
    Nanomaterials
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Zhao Shanguo;Xu Guoying;Wang Ning;Zhang Xiaosong
  • 通讯作者:
    Zhang Xiaosong

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其他文献

平板型太阳能光伏/光热一体化热泵热水系统特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐国英;张小松;赵善国
  • 通讯作者:
    赵善国
添加不同纳米颗粒的导热油直接吸收集热实验性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐国英;李凌志;张小松;孙岳明
  • 通讯作者:
    孙岳明
陶瓷泡沫填料逆流直接蒸发冷却热质传递特性的实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    东南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王庚;张小松;陈瑶;徐国英
  • 通讯作者:
    徐国英
纳米流体直接吸收式太阳能中温集热与热损分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐国英;陈伟;张小松;孙岳明
  • 通讯作者:
    孙岳明
太阳能集热用导热油纳米流体的稳定性及中温集热特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    流体机械
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐国英;李凌志;张小松;孙岳明
  • 通讯作者:
    孙岳明

其他文献

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徐国英的其他基金

基于磁性微纳构型的光-热-质调控机制及界面蒸发特性研究
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  • 批准号:
    51206027
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    2012
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    青年科学基金项目

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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

        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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