《納米顆粒在多孔介質內的遷移機理及其巨觀控制方程》是依託福州大學，由楊臣擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米顆粒在多孔介質內的遷移機理及其巨觀控制方程
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊臣
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米流體是一種能有效提高換熱設備性能的傳熱冷卻工質。為了開發高效、低能耗的換熱技術與設備，深入開展納米流體在換熱設備內的流動與傳熱研究，已成為當前研究的一個熱點。由於實際的換熱設備內部結構複雜且不規則，多孔介質模型和理論被廣泛套用於研究換熱設備的流動與傳熱過程。納米流體在多孔介質內的流動與傳熱過程涉及複雜的傳輸現象，基於納米流體的多孔介質巨觀控制方程的理論尚不完善，尤其是其封閉方法目前還較少涉及。本研究以多孔介質內的納米流體為研究對象，建立基於納米流體的多孔介質巨觀控制方程，闡明納米顆粒在多孔介質內的遷移機理；針對幾種不同的單元體，擬合得到巨觀控制方程的有效係數表達式，探討物理結構和微觀骨架之間的接觸對有效係數的影響。通過擬建立的多孔介質巨觀控制方程研究納米流體在微通道熱沉中的流動與傳熱過程，驗證該巨觀控制方程的有效性，為設計高效、低能耗的微通道熱沉提供數學工具和理論支持。
結題摘要
納米流體是一種能有效提高換熱設備性能的傳熱冷卻工質。為了研究納米流體在微通道內的流動和傳熱特性，考慮微通道內的尺寸效應和納米顆粒在微尺度下的四種遷移機理，建立納米流體在微通道內的微觀數學模型。分析結果表明在微通道內布朗擴散和熱泳力仍然是納米顆粒遷移的主導因素。基於體積平均理論和納米流體的微觀控制方程，推導獲得基於納米流體的多孔介質巨觀控制方程，並以泡沫金屬骨架為特徵單元獲得有效係數，實現巨觀方程的封閉。最終，我們利用該巨觀方程研究了納米流體在泡沫金屬內的流動和強化傳熱特性。分析結果表明，混合強化的換熱係數是純水換熱係數的80倍。由於單一納米流體往往會存在傳熱越強，阻力增加越大的瓶頸，我們提出使用混合納米流體。基於單一納米流體的微觀控制方程，建立了基於混合納米流體的微觀控制方程，深入研究混合納米流體的種類、體積分數比值、顆粒直徑比值、混合納米流體的總體積分數等參數對混合納米流體的傳熱和水力學特性的影響。結果表明，氧化鋁-氧化鈦/水混合納米流體不僅比氧化鋁-氧化鋯/水混合納米流體具有更好的傳熱性能，而且阻力更小。與此同時，採用PEC指數進行性能評價氧化鋁-氧化鈦/水混合納米流體，結果表明在一定泵功率下存在著最優的體積分數比值和顆粒直徑比值。
