《納米流體非牛頓效應對顆粒分布團聚的機理研究》是依託北京科技大學，由李博通擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米流體非牛頓效應對顆粒分布團聚的機理研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：李博通
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目旨在研究流體的非牛頓效應對懸浮在其中的納米顆粒分布-團聚現象的影響，通過分析非牛頓流體中納米顆粒(團)的受力情況，構架出描述納米顆粒分布-團聚行為與非牛頓流體的物性參數之間關聯關係的特性模型，從而建立一種新的通過對納米流體輸運傳質現象的分析來預測和最佳化合成材料功能的方法。本項目採用實驗與建模同步的手段，以期在理論上完整闡明非牛頓流體中納米顆粒獨特的分布-團聚物理機制，並通過對流體中納米顆粒分散性的控制來改變納米填充材料的相關性能；同時將近代數學方法引入到強非線性的納米流體方程中去，探索不同解析分析方法(攝動方法和同倫分析方法)、數值計算方法在該領域的適用性，並對一些方法做出改良，以期為相關科學研究和工程套用提供依據、思路和方法。
結題摘要
本項目以工程需求為實際背景，走學科交叉的技術路線，基於近代流體力學、傳熱傳質學中和數學中的理論和方法，從理論分析、數值模擬和實驗研究三方面來研究非牛頓流體中納米顆粒獨特的分布-團聚現象，取得了一系列研究成果。發表了11篇研究論文，其中SCI論文8篇。按中科院JCR分區統計：一區論文1篇，二區論文5篇，影響因子大於1.0的論文7篇，大於2.0的論文6篇。SCI引用總計38次，來自國內北京大學、同濟大學、華中理工、福州大學等學校的課題組，以及來自義大利、伊朗、巴基斯坦、印度、阿爾及利亞等地區的專家學者。本項目首次提出了一種基於有限元求解非線性冪律基液納米流體方程的“偽”時間方法。為了證明該方法可靠有效，把完整的Navier-Stokes方程化簡為邊界層方程，採用混合分析/數值方法來求解，然後將兩種方法的解進行對比，證明該方法是有效的。此外，本項目深入探討了水平平行換熱器管道內層流強迫對流流體通過多個加熱與冷凝區域的行為。重點考慮了工作基液中納米顆粒的分布非均勻性，並採用上述基於有限元的“偽”時間法求解了動量、能量和濃度的耦合方程，得到了詳細的速度、溫度和濃度場數據及傳熱係數比和壓降情況。基於工程背景，本項目還研究了材料形成過程中非牛頓流體摻入納米粒子的情況。材料處理工藝被視作一個水平平行通道中層流強迫對流非牛頓流體的流動過程，而該通道中存在的三種不同的邊界條件：加熱、冷凝和絕熱，分別模擬熔融、凝固和流動過程，並考慮了流變特性、布朗擴散以及熱泳擴散在材料合成過程中對納米顆粒分布、熱傳遞和壓降的影響。本項目還採用了雷射散斑法對流動狀態下羧甲基纖維素鈉(CMC)水溶液中的納米顆粒擴散-懸浮-沉澱隨時間和流體流速的變化關係進行了觀測，採用了偏光顯微鏡等儀器設備對橡膠原膠中的顆粒團聚現象進行觀測。這些實驗觀測都為非牛頓流體中納米顆粒分布-團聚的特徵模型提供參數或者驗證所建模型的適用性。
