《納米流體衝擊射流冷卻中的靶面沖蝕磨損機理研究》是依託西安交通大學，由李平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米流體衝擊射流冷卻中的靶面沖蝕磨損機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李平
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米流體衝擊射流具有優良的對流換熱性能，是一種高熱流密度環境下先進的高效強化換熱技術，但該射流系統中靶面沖蝕磨損現象的機理目前尚未得到揭示。本項目擬採用理論分析、實驗測量和數值模擬相結合的方法對納米流體衝擊射流冷卻中的靶面沖蝕磨損機理展開研究，首先由納米流體衝擊射流冷卻的兩相流熱流固耦合分析，獲得納米顆粒的運動特性；以此為基礎，基於彈塑性體損傷和漿料流沖蝕理論，分析納米顆粒、基液和靶面間的相互作用，採用任意拉格朗日-歐拉方法構建起基液裹挾下納米顆粒與靶面的非線性動力學碰撞模型，探究靶面沖蝕磨損現象的觸發、擴展和快速發展等過程，以及物性、幾何和工況條件對其影響規律，最終揭示納米流體衝擊射流冷卻中的靶面沖蝕磨損特性及機理，同時提煉出考慮靶面沖蝕磨損的系統綜合性能評價指標。本研究將為納米流體衝擊射流冷卻技術的進一步發展奠定基礎，對於發展高效低阻強化傳熱技術具有重要的科學意義和工程套用價值。
結題摘要
納米流體衝擊射流冷卻是一種高熱流密度條件下的先進強化換熱技術，其靶面沖蝕磨損問題對於系統的高效可靠運行具有重要影響，是該技術進一步發展中亟需解決的關鍵問題。本項目首先建立了納米流體衝擊射流流動換熱分析方法，分析了射流流場結構和換熱特性，討論了幾何、流動和物性參數對於流動換熱特性的影響規律，並獲得了關鍵性能參數的關聯式；對合成射流條件下的納米流體衝擊射流冷卻進行分析，獲得了不同入口速度波形射流的流動換熱特性，尤其分析了波動頻率對換熱性能的非線性影響規律，同時分析了靶面溫度均勻性的控制方法，得到了工況最佳化匹配方案；對通道內流動換熱問題進行了流動換熱和熵產分析，重點討論流體工質非牛頓特性影響下的流動結構演變及換熱特性；構建了三維流動換熱分析與智慧型最佳化算法相耦合的自動最佳化設計方法，採用採用模式識別算法控制計算和疊代過程，使得強化換熱性能得到了大幅提升，為三維流動換熱複雜問題的最佳化提供有效借鑑；構建了納米流體衝擊射流流動換熱特性和沖蝕磨損性能實驗裝置及實驗方法，在實施中可綜合考慮不同噴嘴與靶面間距離、沖蝕角度、脈動形式以及不同熱量等諸多因素對於實際沖蝕磨損的影響，通過不同靶材和納米流體工質以及不同工況條件下的射流衝擊實驗結果的比較分析，實現工況的最佳化匹配，並為納米流體衝擊射流工程套用中材料壽命評估提供依據；構建納米流體衝擊射流熱流固耦合分析方法，基於流場中納米顆粒運動特性，在流動換熱分析基礎上，重點討論靶面沖蝕磨損性能的演變規律和機理，得出靶面沖蝕速率受射流速度、局部衝擊角度和流體切削角度的共同影響，在靶面駐點區邊緣出現極大值，沿出流方向呈現波動式下降趨勢，過程中出現多個局部較大值；綜合考慮納米流體衝擊射流換熱性能，泵功和靶面沖蝕速率，進一步提出了綜合性能評價指標，並獲得了其參數關聯式。本研究將為納米流體衝擊射流系統的高效可靠運行和最佳化設計提供基礎理論和數據支持，並推動其實用化進程。
