《納米流體動態濕潤特性研究》是依託清華大學，由段遠源擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米流體動態濕潤特性研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：段遠源
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米流體是一種極具套用前景但研究尚不充分的複雜流體，納米流體中顆粒和基液間複雜的固液兩相耦合作用使其呈現出複雜且特殊的動態濕潤特性。目前，納米流體動態濕潤的研究大多停留在實驗觀測及定性分析上，納米顆粒對動態濕潤特性影響和控制的微觀機制尚不明晰，缺乏系統的實驗研究和深入完善的理論建模。本課題擬從納米流體動態濕潤實驗入手，通過對動態接觸角-接觸線移動速度的變化規律和液滴鋪展規律的精確測量，系統認識典型納米流體的動態濕潤規律。理論方面，首先藉助微細觀測手段和大尺度分子動力學模擬方法，從微觀層面深入認識納米顆粒在流體體相內部、固液/氣液界面及三相接觸線區域的微觀輸運規律，闡釋納米顆粒對流體動態濕潤特性的影響和控制機理。基於巨觀層面的實驗觀測和微觀層面的機理探析，建立納米流體動態濕潤理論模型，在此基礎上進一步研究典型納米流體在熱場的複雜物理條件下的動態濕潤特性。
結題摘要
納米流體由於其特殊的流動和換熱特性，被廣泛套用在日常生活和工業生產中，例如強化換熱、鍍膜、噴墨列印、流動減阻以及藥物輸運等，但對這些過程有重要影響的納米流體動態濕潤特性尚不明晰。由於缺乏納米尺度的實驗技術和相應的理論描述，同時由於發生在納米尺度（10-9 m）的顆粒運動對巨觀尺度動態濕潤規律（10-3 m）的跨尺度影響機理尚未明晰，使得納米流體動態濕潤的研究具有很大的挑戰性。本項目以納米流體動態濕潤過程為研究對象，實驗揭示納米流體巨觀動態濕潤的基本規律和影響因素；採用多尺度數值方法探析納米顆粒的微觀運動對動態濕潤過程的影響，提出了動態濕潤過程納米顆粒的“局部耗散”和“體相耗散”效應。分別從流體力學理論和分子運動學理論出發，針對納米流體等非牛頓冪指流體體系建立了動態濕潤理論模型。通過巨觀實驗、理論建模、多尺度模擬和複雜條件的控制，闡釋納米流體動態濕潤過程的微觀機理及調控方法。研究內容包括： 採用液滴鋪展法和Wilhelmy吊片法對納米流體在固體表面上的動態接觸角-接觸線移動速度的變化規律及液滴鋪展規律進行了精確測量，開展了納米顆粒種類、粒徑、質量分數、基液種類及固體壁面種類等參數對納米流體動態濕潤影響的實驗研究。通過實驗方法，得到了一批納米流體表面張力和流變性數據，為後續數值模擬和理論分析提供數據支持。採用分子動力學模擬方法，研究了含有非表面活性劑納米顆粒的水基納米液滴的動態濕潤過程，從微觀層面給出納米顆粒對納米流體表面張力、粘度和流變性這三個濕潤控制參數的改變機制，提出了顆粒濕潤性、吸附微液層和固化結構等微觀機理解釋。通過揭示納米顆粒在液滴體相內的輸運、分布和自組裝行為研究了顆粒行為對動態濕潤過程的影響。並且採用介觀格子-Boltzmann方法（LBM）模擬了納米流體在固體壁面上動態濕潤行為，考慮了微觀層面納米顆粒的體相耗散引起的表面張力、流變性的改變以及納米顆粒的局部耗散引起的結構分離壓對巨觀層面動態濕潤過程的影響。在以上研究基礎上，採用分子動力學模擬方法進一步研究了納米流體在加熱、相變和納米尺度的複雜條件下的動態濕潤過程，考慮了液滴初始溫度、固體表面溫度和濕潤性的影響。探索通過外場調控納米流體動態濕潤行為的方法和機理。最後，分別從流體力學理論和分子運動學理論出發，針對納米流體等非牛頓冪指流體及含表面活性劑體系建立了動態濕潤理論模型，並與實驗數據進行了比較分析。
