低温下纳通道中纳米流体的传热机理

基于平衡分子动力学方法,引入含有量子修正项的WK势能模型,研究了低温条件下含有铜纳米颗粒的氦纳米流体在纳米尺度通道中的传热机理.通过比较原子势能、动能和碰撞能及加入纳米颗粒对热导率的影响,揭示出纳米颗粒与系统所有原子的相互作用势对纳米流体热导率贡献最大.分析热导率矢量随计算时间的收敛曲线,发现流道方向的热导率远大于壁面方向,热导率呈现出各向异性特征,深入的研究最终阐明了产生这一现象的物理机理.     

气凝胶纳米多孔材料传热计算模型研究进展

对新型气凝胶纳米多孔隔热材料等效热导率计算模型在近年来的发展进行了研究总结,介绍了(1)纳米尺度下气凝胶隔热材料的气相/固相/辐射等不同传热模式的传热特点;(2)气凝胶纳米尺度多孔网络中的气相传热、固相传热以及辐射传热的理论计算、数值预测以及经验关联等不同计算模型的特点及建立方法;(3)气凝胶纳米多孔隔热材料以及气凝胶复合隔热材料的整体等效热导率计算模型的研究进展;(4)以前期开展的研究工作为例,具体说明了气凝胶复合隔热材料从纳米尺度到微米尺度的传热模型的建立过程以及整体等效热导率计算模型的建立方法;(5)对分子动力学方法在气凝胶纳米多孔材料中的应用做了简要介绍.最后指出,对于气凝胶纳米多孔材料,其纳米尺度下的气固接触界面等特殊区域的耦合传热机理研究还不完善,复杂结构的纳米颗粒的固相热导率以及整体热导率计算模型也不够准确.因而采取适用于纳米尺度下的传热计算方法对这些问题进行更细致深入的研究,可以为进一步阐明气凝胶复合隔热材料内部的热量传递机理,建立更准确的气凝胶复合隔热材料传热计算模型,探索不同影响因素对传热性能的影响规律,以及开展气凝胶复合隔热材料的性能预测及优化等方面的研究,提供理论指导帮助.     

氧化铜纳米微粒中的RVB态的电子自旋共振证据

用电子自旋共振(ESR)方法探测电子自旋(1/2)轨道上非简并中心的性质是至关重要的,Anderson首先提出具有超导性质的铜氧化物包含有Cu-O杂化中心,它具有自旋1/2,称之为RVB(共振价键Resonatingvalence bond)态,其性质广受注目.但这一自旋态的ESR特征一直是争论的问题.我们研究了表面包覆有表面活性剂的CuO纳米微粒(10nm),发现它存在强的电-声子偶合和强的Cu-O杂化,表现出结构不稳定性,光谱表征表明,它很可能是以RVB态或极化子(Polaron)态存在,或它们可能是同一态.本文给出了它的室温电子自旋共振谱.从图1可看到存在两种不同的顺磁响     

储热及传热新材料——功能热流体简介

热能储存在很多方面(如建筑物集中空调和采暖系统、热电冷联供系统、相变节能建材及构件等)有重要应用.它不仅可缓解能量供求在时间和强度上不匹配的矛盾,而且可缩小相应能源系统的规模,节约初投资.此外,由于我国很多地区已经或即将实行电网负荷峰、谷电价分计制,采用热能贮存不仅可缓解电网负荷峰谷差过大、峰负荷时供电不足的矛盾,而且可降低系统运行费用.近来,一些由普通材料混合而成的功能热流体(functionally thermal fluid)成为美、日、德等发达国家热能储存领域的研究热点.这些材料通常具有以下特点:储热密度高,热传递速率大,适用温度范围广,储热、传热过程中热损较小,可减小换热器及相应管路的尺寸.本文就功能热流体的分类及其应用研究现状作一简介.     

微孔膜管显著强化R123冷凝传热

新能源和低品位能源利用需要高效相变换热器,将微孔膜插入管内(以下简称调控管)可提高近壁区质量含气率,从而显著强化传热.本文进行了R123在水平管内的冷凝传热研究,比较了光管与调控管的冷凝传热特性.研究表明,微孔膜管可显著强化冷凝传热.在实验参数范围内,强化传热因子EF达到1.118~2.124,综合评价因子PEC在0.71~1.66的范围内,大部分实验工况的综合评价因子大于1.当实验段出口为气液混合物时,强化传热因子EF随入口蒸气质量流速Gxin的增大而增大.当实验段出口为过冷液体时,强化传热规律与之相反.通过可视化图像及管内压力和速度分布的讨论,本文分析了微孔膜管冷凝传热强化机理.     

高传热和传质性能复合吸附剂的研发

为解决吸附剂强化传热和强化传质之间的矛盾, 以氯化钙和木屑为原料, 采用炭化活化造孔的方法强化传质, 通过加入膨胀石墨强化传热, 考察了炭化活化温度和膨胀石墨加入比例对复合吸附剂性能的影响. 宏观的吸氨性能测试以及微观的参数表征表明炭化活化法制备的吸附剂孔隙发达, 氯化钙含量高而且分布均匀, 强化了吸附氨气过程中的传质速率; 炭化活化温度对样品的氯化钙含量和结晶度, 吸附量以及吸附速率都有重要的影响. 膨胀石墨的加入强化了吸附剂的传热, 提高了吸附速率. 实验结果表明, 500℃温度下制备的吸附剂, 在膨胀石墨含量为30%时, 其在0.5 h内的吸附速率较快, 在吸附时间分别为10, 20和30 min时, 其吸附量达到0.37, 0.47和0.53 g/g, 而且解决了氯化钙吸氨过程中的膨胀结块问题.     

湍流换热的场物理量协同与传热强化分析

在层流换热场物理量协同原理的基础上, 针对湍流零方程模型和k-ε 两方程模型, 建立了湍流换热的能量和动量协同方程, 揭示了湍流换热流场中热流、质量流与流体流动驱动力之间的协同关系及其所反映的强化传热机理, 将强化传热的场物理量协同原理由层流延展到湍流. 通过圆管内置旋扭式螺旋片的强化传热计算分析, 证明了湍流换热场物理量协同原理具有普遍性. 因此, 根据湍流换热流场的物理量协同关系, 可对各种不同的管内强化传热元件和表面的换热性能和流动阻力进行分析比较, 从而为提高传热单元或换热器的综合性能提供理论和设计依据.     

对流换热层流流场的物理量协同与传热强化分析

在传热强化场协同原理的基础上, 从流体与壁面之间层流对流换热的物理机理出发, 提出了对流换热层流流场质点物理量的协同原理, 揭示了质点物理量的协同规律以及与传热强化之间的关系, 得出了反映质点物理量协同程度的数学式, 描述了协同角a,b , y, φ, q  和y 之间的关联性, 解释了换热强化和流体减阻的物理本质, 并通过数值计算验证了具有一般性的质点物理量协同原理, 对传热单元及换热器的设计和优化具有一定的指导意义.     

潜热型功能热流体层流强化传热分析新模型

建立了分析潜热型功能热流体的层流强化传热的新模型. 该模型的主要特征是: (1) 应用新推导的潜热型功能热流体定压比热公式; (2) 考虑了真实的相变传热过程, 即, 相变微胶囊与单相工作流体间换热, 壁面与两相混合流体间换热; (3) 用新建立的轴对称双倒易边界元和有限差分联合的数值方法求解该数理方程. 新模型的可靠性用已有实验结果进行了验证. 得到了一些新的物理结果, 如定压比热在空间与时间随相变传热过程变化的特征, 捕获了相变界面随时间推进图像, 等等, 还数值分析了影响潜热型功能热流体强化传热的几个主要物理因数, 对该功能流体强化传热机理获得了一些新认识.     

纳米结构氧化铜修饰的石英晶体微天平用于氰化氢气体传感的研究进展

综述了有关氧化铜纳米材料修饰的石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)传感器的发现及其对氰化氢传感性能的系列研究工作.首先简要介绍了剧毒气体氰化氢及其现有检测方法和石英晶体微天平.然后讨论了不同结构和形貌的氧化铜纳米材料的合成和表征.在此基础上介绍了以氧化铜纳米材料为敏感膜,以高灵敏度QCM为检测平台的传感器的制备及其对氰化氢独特而优异的传感性能.进一步探讨了氧化铜纳米材料修饰的QCM传感器对氰化氢的传感机理.最后,就该领域研究存在的问题及未来的研究和应用方向进行了讨论、总结和展望.     

池沸腾强化传热中的三维瞬态热传导反问题

回顾了近年来在池沸腾实验过程中衍生出的三维瞬态热传导反问题和相关计算方法的研究,提出了基于制定优化问题的Tikhonov正则化法和迭代正则化法来求解相关的反问题.在对前者的研究中,一种基于模型函数策略的改进Tikhonov正则化法被开发和用于快速估算最优正则化参数,从而加速整个反问题求解过程.对于后者,针对工程上可获得的高分辨率测量数据与有限微热电偶测量数据两种情况,开发了基于共轭梯度法的迭代正则化策略对相关反问题进行求解.近期,针对使用薄加热箔表面这一特殊池沸腾实验提出了一种新的两步直接法.该方法不需要求解大量由偏微分方程约束的优化问题,而是通过近似重构偏微分方程模型的Dirichlet边界条件,将不适定的反问题转化为一个适定的,易于求解的正问题.这种方法在计算效率方面具有优势.此外,在数值计算方面,由于实际实验的非均匀测量配置以及待估算的表面沸腾热流密度在空间和时间尺度上具有发生快速变化的特性,提出了一种新的随时间变化的有限元网格自适应细化策略来进一步加快反问题求解过程.该策略的准确性与效率通过几个典型工程案例得到了验证.基于此,在一个实际单泡核沸腾实验中重建了环状沸腾热流密度模式,与微层理论结论一致.在另一个全阶段的沸腾实验中,使用自研提出的计算方法所估算的表面局部沸腾热流密度峰值是大多数传统研究所获得的宏观平均热流密度的数十倍,乃至近百倍,所获结果揭示了池沸腾强化传热微观上的局部动态.这些针对池沸腾中三维瞬态热传导反问题的研究工作为进一步阐明池沸腾强化传热机理,探索微纳结构等一系列高效传热器件表面沸腾传热的极限,建立精确预测沸腾全过程的数值计算模型和进行基于模型的最优实验设计提供了一些理论指导建议.     

电场抑制纳米液滴的Leidenfrost现象

Leidenfrost现象是指液滴与过热表面接触时,快速汽化的蒸汽层将液滴与表面隔离,使液滴在表面悬浮的现象.为揭示表面润湿性对纳米液滴Leidenfrost现象的影响机制并实现纳米液滴的强化换热,本文采用分子动力学模拟研究了纳米液滴在不同润湿性表面上的Leidenfrost现象.结果表明,纳米液滴的Leidenfrost温度与表面润湿性密切相关,即表面越亲水, Leidenfrost温度越高.本文进一步研究了电场作用下纳米液滴在不同润湿性表面上的相变换热过程,发现施加电场可有效抑制Leidenfrost现象,电场增加液滴与表面的相互作用力是其抑制Leidenfrost现象的机理.     

膜换湿传质过程对传热过程影响分析

对膜换湿过程中传质过程对传热过程的影响进行了理论分析, 并建立了相应的物理数学模型. 通过理论分析, 提出了一个表示传质过程影响传热过程程度的无量纲量—y_i. 通过计算这个无量纲因子, 即可以简单地将伴有传质的传热过程转化成常规的传热过程, 使得传热计算更简单更容易理解. 在理论分析的基础上, 数值研究了质量流量对传热过程的影响. 结果表明, 当传质方向与传热方向相同时, y_i大于1, 传质过程对传热过程有促进作用; 而当传质方向与传热方向相反时, y_i小于1, 传质过程对传热过程有阻碍作用. 当质量流量J的值较小时, 质量流携带的热流对热流影响较小, 而当质量流量J的值较大时, 质量流携带的热流对总热流影响很大, y_i可能偏离1很远.     

多场协同原理在管内对流强化传热性能评价中的应用

针对管内层流和湍流换热,分析了流体质点矢量物理量的协同性,揭示了对流换热多场协同规律与强化传热机理之间的关系,提出了评价强化传热综合性能的效能评价系数EEC,同时,基于协同角α,β,θ,γ,η,初建了判断层流和湍流强化传热性能的统一评价体系以及相应的评价指标.此外,针对内插三角杆强化传热管建立了数学模型,通过数值模拟对所建立的评价体系及其指标进行了验证.计算结果表明,基于多场协同原理的协同角与强化传热效果的评价准则之间相互对应,在Re数为300~1800的范围内,性能评价系数EEC值在1.3~2.3之间,而效能评价系数EEC值则在0.33~0.45之间.     

工作记忆刷新训练对儿童流体智力的影响

近年来的研究发现, 通过训练个体的工作记忆能力可以提高其流体智力水平. 但是, 以往的研究混淆了工作记忆存储功能与中央执行功能对训练效果的影响. 该研究采用活动记忆任务, 通过双盲对照实验设计, 对9~11岁儿童的工作记忆刷新能力进行训练. 研究结果发现, 通过工作记忆刷新能力的训练, 儿童的流体智力得到显著提高. 研究表明, 通过工作记忆训练使得流体智力水平提高与工作记忆中央执行功能的改善有关.     

316L不锈钢表面纳米化残余应力对材料性能的影响

高速旋转丝表面纳米化是一种新型的表面纳米化方法,本文对316L不锈钢表面进行纳米化处理,测定残余应力在材料内部的分布.通过分析、对比实验数据,表面纳米化处理方法,能够在材料内部引入大量残余压应力,提升材料的力学性能.     

316L不锈钢表面纳米化残余应力对材料性能的影响

高速旋转丝表面纳米化是一种新型的表面纳米化方法,本文对316L不锈钢表面进行纳米化处理,测定残余应力在材料内部的分布。通过分析、对比实验数据,表面纳米化处理方法,能够在材料内部引入大量残余压应力,提升材料的力学性能。     

蜻蜓翅脉表面上的微纳米结构和形貌

通过扫描电子显微镜观察了蜻蜓(黄蜻和红蜻)翅脉表面, 发现了令人惊奇的微纳米结构和形貌. 翅脉表面上, 不仅分布着褶皱状波浪形貌, 而且生长着圆锥状纤突; 纤突表面沿母线方向上, 分布着条纹状波浪形貌. 这些奇异的微纳米结构和形貌, 为理解蜻蜓超强的飞行能力提供了启示.     

平行于生长面的旋转轴对蔗糖晶体形貌的影响

通过晶体形貌的Ｆｏｕｒｉｅｒ变换所进行的计算,发现蔗糖晶体（Ｐ２_１）具有３种不同的形貌．所测得的（１００）和（００１）晶面上的中心距离小于计算结果,表明平行于这些晶面的二次旋转轴制约着它们的生长速率,对称元素的作用取决于它本身绕这些晶面法线的转角．