《納米流體在內燃機冷卻水腔中套用的基礎問題研究》是依託大連理工大學,由白敏麗擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米流體在內燃機冷卻水腔中套用的基礎問題研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：白敏麗
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著內燃機升功率的大幅提高，必然會產生更高的缸內溫度，從而造成更多的熱量傳遞給燃燒室部件，由此產生的內燃機冷卻問題變得越來越突出，已成為制約內燃機高強化發展的一個瓶頸。鑒於納米流體良好的傳熱性能，試圖將其用於內燃機冷卻水腔，以達到強化傳熱的目的。且由於納米流體的傳熱性能受納米粒子的種類、大小、濃度、形狀等因素影響，因此，可以通過改變這些因素，控制內燃機冷卻水腔的傳熱量。課題擬通過納米流體的分子動力學模擬，以及納米流體流動的可視化與定量化實驗研究，從微觀和巨觀兩個層面上，揭示納米流體強化傳熱的物理本質，進而建立納米流體對流換熱的數學物理模型，給出納米流體兩相流對流換熱數值模擬的有效方法。並將有關納米流體對流換熱的基礎研究結果，用於內燃機冷卻水腔納米流體強化傳熱研究，試圖給出適於內燃機傳熱設計需要的納米流體對流換熱數學物理模型和數值模擬方法，為納米流體在內燃機強化傳熱中的套用奠定理論基礎。
結題摘要
課題的主要研究內容有：（1）納米流體分子動力學模擬研究；（2）納米流體實驗研究；（3）納米流體對流換熱兩相流數學物理模型和數值模擬研究；（4）納米流體在內燃機冷卻水腔強化傳熱中的套用研究。取得的創新成果有：（1）用分子動力學模擬證實了納米顆粒表面液體吸附層、納米顆粒微運動是納米流體導熱強化的微觀機制；並提出納米流體總體呈現出類似固體的微觀結構特徵，也是納米流體導熱強化的微觀機理；建立了納米流體導熱係數預測模型，模型預測結果得到了實驗驗證。（2）提出用納米顆粒中所含高能原子比例的高低作為判據，來判斷納米顆粒強化納米流體導熱係數能力的強弱。（3）提出以單個納米顆粒為核心，由液體吸附層、旋轉液體層、有限存在空間構成的旋轉流體微元結構，且由無數旋轉流體微元構成了納米流體動態微觀結構；揭示了導熱強化、流體內部摻混加強、以及傳熱方式發生根本改變是納米流體流動換熱強化的機理。（4）納米流體流動與傳熱MD研究發現，納米流體的速度脈動相對於基礎流體增強，納米顆粒與連續相間存在速度滑移；納米顆粒微運動和導熱係數增加對納米流體對流換熱性能提高的貢獻比例相當。（5）從固液兩相的動量守恆方程出發，推導出了適用於納米顆粒的虛擬顆粒粘度模型，該模型模擬結果明顯好於傳統模型。（6）可視化實驗發現：納米流體由層流向湍流轉變的轉捩點提前，從而證實了納米流體通過改變流場，進而增強流體擾動，最終達到強化傳熱的效果。（7）由納米流體的熱量與動量傳遞實驗結果發現：納米流體導熱係數的增大對強化傳熱的貢獻有限；納米顆粒的微運動導致基礎流體的動量傳遞強化，是納米流體強化傳熱的主要原因。（8）納米流體內燃機冷卻水腔套用研究表明：Euler-Euler兩相流模型更適於內燃機的實際套用，但納米流體粒子流的粘度模型至關重要，是影響數值模擬精度的關鍵因素。上述主要研究結果為納米流體在內燃機冷卻水腔中的實際套用奠定了理論基礎，未來可根據納米流體的具體特性來強化或控制內燃機冷卻水腔的傳熱。
