納米流體在內(nèi)燃機(jī)冷卻水腔中應(yīng)用的基礎(chǔ)問題研究項(xiàng)目摘要

隨著內(nèi)燃機(jī)升功率的大幅提高，必然會產(chǎn)生更高的缸內(nèi)溫度，從而造成更多的熱量傳遞給燃燒室部件，由此產(chǎn)生的內(nèi)燃機(jī)冷卻問題變得越來越突出，已成為制約內(nèi)燃機(jī)高強(qiáng)化發(fā)展的一個(gè)瓶頸。鑒于納米流體良好的傳熱性能，試圖將其用于內(nèi)燃機(jī)冷卻水腔，以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。且由于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(nèi)燃機(jī)冷卻水腔的傳熱量。課題擬通過納米流體的分子動力學(xué)模擬，以及納米流體流動的可視化與定量化實(shí)驗(yàn)研究，從微觀和宏觀兩個(gè)層面上，揭示納米流體強(qiáng)化傳熱的物理本質(zhì)，進(jìn)而建立納米流體對流換熱的數(shù)學(xué)物理模型，給出納米流體兩相流對流換熱數(shù)值模擬的有效方法。并將有關(guān)納米流體對流換熱的基礎(chǔ)研究結(jié)果，用于內(nèi)燃機(jī)冷卻水腔納米流體強(qiáng)化傳熱研究，試圖給出適于內(nèi)燃機(jī)傳熱設(shè)計(jì)需要的納米流體對流換熱數(shù)學(xué)物理模型和數(shù)值模擬方法，為納米流體在內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化傳熱中的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

課題的主要研究內(nèi)容有：1）納米流體分子動力學(xué)模擬研究；2）納米流體實(shí)驗(yàn)研究；3）納米流體對流換熱兩相流數(shù)學(xué)物理模型和數(shù)值模擬研究；4）納米流體在內(nèi)燃機(jī)冷卻水腔強(qiáng)化傳熱中的應(yīng)用研究。取得的創(chuàng)新成果有：1）用分子動力學(xué)模擬證實(shí)了納米顆粒表面液體吸附層、納米顆粒微運(yùn)動是納米流體導(dǎo)熱強(qiáng)化的微觀機(jī)制；并提出納米流體總體呈現(xiàn)出類似固體的微觀結(jié)構(gòu)特征，也是納米流體導(dǎo)熱強(qiáng)化的微觀機(jī)理；建立了納米流體導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測模型，模型預(yù)測結(jié)果得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jù)，來判斷納米顆粒強(qiáng)化納米流體導(dǎo)熱系數(shù)能力的強(qiáng)弱。3）提出以單個(gè)納米顆粒為核心，由液體吸附層、旋轉(zhuǎn)液體層、有限存在空間構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)流體微元結(jié)構(gòu)，且由無數(shù)旋轉(zhuǎn)流體微元構(gòu)成了納米流體動態(tài)微觀結(jié)構(gòu)；揭示了導(dǎo)熱強(qiáng)化、流體內(nèi)部摻混加強(qiáng)、以及傳熱方式發(fā)生根本改變是納米流體流動換熱強(qiáng)化的機(jī)理。4）納米流體流動與傳熱MD研究發(fā)現(xiàn)，納米流體的速度脈動相對于基礎(chǔ)流體增強(qiáng)，納米顆粒與連續(xù)相間存在速度滑移；納米顆粒微運(yùn)動和導(dǎo)熱系數(shù)增加對納米流體對流換熱性能提高的貢獻(xiàn)比例相當(dāng)。5）從固液兩相的動量守恒方程出發(fā)，推導(dǎo)出了適用于納米顆粒的虛擬顆粒粘度模型，該模型模擬結(jié)果明顯好于傳統(tǒng)模型。6）可視化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：納米流體由層流向湍流轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)捩點(diǎn)提前，從而證實(shí)了納米流體通過改變流場，進(jìn)而增強(qiáng)流體擾動，最終達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果。7）由納米流體的熱量與動量傳遞實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：納米流體導(dǎo)熱系數(shù)的增大對強(qiáng)化傳熱的貢獻(xiàn)有限；納米顆粒的微運(yùn)動導(dǎo)致基礎(chǔ)流體的動量傳遞強(qiáng)化，是納米流體強(qiáng)化傳熱的主要原因。8）納米流體內(nèi)燃機(jī)冷卻水腔應(yīng)用研究表明：Euler-Euler兩相流模型更適于內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，但納米流體粒子流的粘度模型至關(guān)重要，是影響數(shù)值模擬精度的關(guān)鍵因素。上述主要研究結(jié)果為納米流體在內(nèi)燃機(jī)冷卻水腔中的實(shí)際應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)，未來可根據(jù)納米流體的具體特性來強(qiáng)化或控制內(nèi)燃機(jī)冷卻水腔的傳熱。

碳納米管在綠色化學(xué)中應(yīng)用的研究，唐水花著。

副題名

外文題名

Study of carbon nanotubes application in green chemistry

論文作者

唐水花著

導(dǎo)師

于作龍,張良輔研究員指導(dǎo)

學(xué)科專業(yè)

有機(jī)化學(xué)

學(xué)位級別

d 2002n

學(xué)位授予單位

中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所

學(xué)位授予時(shí)間

2002

關(guān)鍵詞

無污染能源 貯氫量 綠色化學(xué) 碳納米管

館藏號

O64

唯一標(biāo)識符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.002204594

館藏目錄

2003\O64\3

鋼液凝固中，用超聲波處理，達(dá)到在低過熱度和低溫度梯度下結(jié)晶，并增中形核率、獲得大量細(xì)化的等軸晶，此時(shí)加入TiO2納米顆粒，可得到極細(xì)小等軸晶的高性能材料。重點(diǎn)研究超聲波處理與效果的關(guān)系、納米顆粒的均勻加入方法及工藝、獲取大量極細(xì)小等軸晶的技術(shù)參數(shù)、TiO2納米顆粒的制取等。此項(xiàng)目的研究能大幅度提高鋼的性能，對開發(fā)超極鋼有重大意義。 2100433B