《界面多尺度結構效應強化傳熱的機理研究》是依託大連理工大學,由馬學虎擔任醒目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：界面多尺度結構效應強化傳熱的機理研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：馬學虎
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
界面多尺度結構驅動過程傳熱傳質的強化機理和調控機制是許多換熱體系和先進能源動力裝備的共性科學基礎和技術創新的關鍵問題之一。本項目在深入研究界面的物理化學、幾何結構、表面自由能等多尺度特性以及相界面演化過程形成的時空分布多尺度特徵相互間多維耦合作用的基礎上，闡明界面多尺度結構性質驅動相變傳熱的物理機制和多維耦合結構作用於相變傳熱界面演化的微觀機制，探索多尺度規劃創新原理和基礎理論框架。主要研究由界面結構特性驅動的潤濕、鋪展、微巨觀流動等現象的微觀機制和規律；通過界面結構的多尺度規劃，研究界面結構形態和特性對強化傳熱調控的基礎理論。以幾種特定的傳熱過程為實例，研究界面多尺度結構強化傳熱機制的具體展示。本項目對於相變傳熱、新型能源動力過程與裝備、氣液兩相流動與傳熱、太空飛行器水回收以及脈動熱管等領域的先進強化傳熱技術研究和套用具有非常重要意義。
結題摘要
界面多尺度結構和相界面演化的多尺度特性是相變傳熱機理和過程強化已成為國際學術界關注的熱點。滴狀冷凝傳熱過程包括分子團聚、成核、微液滴、液滴群演化、液滴脫落等子過程，具有從納米級分子尺度到微米、毫米級尺度的多尺度特徵。本項目圍繞汽液界面多尺度現象和傳熱特徵，系統研究了界面幾何結構（幾何角度）、表面自由能（接觸角）和傳熱驅動力（表面過冷度）的“兩角一度”協同作用機制，初步構建了界面多尺度結構效應強化相變傳熱的理論框架，對深化相變傳熱理論和先進強化傳熱技術研發具有重要的指導意義。取得如下主要結果：（1） 實驗發現了沿垂直表面方向蒸汽分子團簇尺寸的空間分布特徵及其隨過冷度的變化規律。揭示了界面能量和結構效應對團簇生長速率和液滴核化的微觀機制。（2） 較系統闡明了“兩角一度”對冷凝液滴潤濕模式、液滴動態特性的影響機制。提出了“兩角一度”協同決定液滴潤濕模式的新思路，發現了浸潤、懸靠和完全Cassie三種模式的呈現及轉換條件。特別是超疏水表面微納結構與表面過冷度的獨特協同作用機制，首次在納米線表面上實現較大範圍過冷度下的完全Cassie模式，顯著地強化了傳熱。探究了液滴生長特性隨表面性能和操作條件的變化規律。較細緻地研究了冷凝液滴的重力滑落、抽吸脫落和彈跳脫落的物理機制和調控因素。揭示了液滴合併彈跳過程的界面多尺度效應和微觀物理機制。（3） 研發了納米線、超重力、組合表、改性翅片管等多種強化傳熱方法。納米線結構表面實現過冷度從3K到24K的微米液滴彈跳，常壓下傳熱係數比膜狀提高600%；利用抽吸效應的親/疏水組合表面常壓下傳熱係數相比膜狀提高450%。（4） 超親水表面的超薄液膜的定向鋪展和溫度分布調控極大地提升了低噴淋降膜蒸發傳熱，傳熱係數相比普通銅表面最高提高300%。本項目對於相變傳熱理論深化、新型能源動力過程與裝備、熱管理技術、高效換熱設備、海水淡化以及石油化工等領域的先進強化傳熱技術研究和套用具有非常重要意義。
