《納米流體中碳納米管的熱泳及取向性研究》是依託清華大學，由董雙嶺擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米流體中碳納米管的熱泳及取向性研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：董雙嶺
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於其特殊的結構，碳納米管具有很多優異性能，在航空航天、機械電子等領域均有廣闊的套用前景。熱泳對於碳納米管在納米流體中的取向進而對導熱性能有著重要的影響。本項目旨在運用熱質理論中的熱流運動規律解釋熱泳現象的統一機理，基於溫度梯度伴隨熱流，熱流可用熱質理論描述的觀點，探討三相熱泳與粒子熱導率等的關聯特性和物理本質，揭示其內在規律；提出與熱泳相關但區別於熱泳力的熱泳升力，指出其方向與局部平均溫度梯度垂直，給出隨熱導率和溫度梯度變化率的關係表達式並進行驗證；揭示熱泳相關力和熱流慣性效應對碳納米管在流體中取向變化的作用規律；針對碳納米管主軸方向不確定性的問題，結合外場控制和表面修飾等措施，參照數值模擬進行設計，然後實驗觀測給予驗證，以提高主軸取向和溫度梯度二者的協同程度，充分發揮碳納米管高熱導率的特點，最佳化納米流體的導熱性能，從而為納米流體的強化傳熱和相關工程套用提供依據和參考。
結題摘要
由於碳納米管具有熱、電等優異性能，它在能源動力、生物醫學等領域都有潛在的套用價值。熱泳過程對於碳納米管在流體中的取向，進而對整體導熱和集熱性能有著重要的影響。本項目基本按照計畫研究內容開展，獲得的結果包括：(1) 提出與實際溫度梯度的剪下相關的熱泳升力。獲得了熱泳升力的表達式，指出該力與流體平均溫度梯度垂直。結合碳納米管熱驅動和暖氣片熏牆的例子，驗證了熱泳升力的存在並分析了作用特徵，並將其拓展到光泳現象的研究; (2) 給出碳納米管在流體內部做熱泳運動時受到的熱泳力表達式，發現存在碳納米管的臨界長徑比，揭示兩種轉動平衡態的穩定性截然不同的原因; (3)提出含有介觀尺度團簇點的模擬方法，可用於分析納米顆粒兩相流; (4)提出旋轉顆粒在具有溫度梯度的流體中會受到熱泳張力的作用，結合前人熱泳和光泳的實驗研究驗證了理論的合理性; (5)指出溫度的非定常特徵的影響包括無粘和粘性兩部分; (6)比擬摩擦力的原理，給出了三相統一熱泳力的初步分析和表達式。該研究可以為冷卻調控和太陽能集熱等領域提供重要的參考價值。
