亲/疏水两层结构表面协同排液、强化冷凝传热的机理研究
批准号:
51676071
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
纪献兵
依托单位:
学科分类:
E0605.多相流热物理学
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘广林、杨卧龙、安宾、王野、李红传、郑晓欢、周冬冬
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
针对滴状冷凝传热系数远高于膜状冷凝,减小液滴直径并及时脱离是提高冷凝传热的关键性问题。本项目提出采用亲/疏水两层结构表面协同排液,强化冷凝传热的构想,首先对符合冷凝传热及液滴动力学原理的结构表面进行构建、表征、及液滴动力学测量。然后以对流冷凝传热和液滴弹跳型反重力平板热管传热为载体,研究亲/疏水两层表面的各特征参数、亲/疏水性对减小液滴脱离直径,加速液滴移动,促进液滴吸入并转移排除,从而强化冷凝传热的影响和过程规律性,以及亲/疏水两层表面在冷凝传热中的功能协同及尺度匹配。建立液滴生长、液滴移动、液滴弹跳及液体吸入的数学模型并运用基于格子Boltzmann的耦合有限容积法进行数值模拟。实验与理论相互验证,揭示亲/疏水两层结构表面协同排液,强化冷凝换热的机理。本项目属于多学科交叉前沿领域,将材料的制备、改性与协同性引入到冷凝传热中,既为冷凝传热提供理论基础,又为新型紧凑式冷凝器的设计提供指导。
英文摘要
The heat transfer coefficient of dropwise condensation is much higher than that of film condensation. It is the key problem to improve condensation heat transfer by reducing the droplet diameter and discharging liquid in time. In this project, a scientific idea was proposed using two layer surfaces with hydrophilicity/hydrophobicity to enhance condensation heat transfer. First,in accordance with the principle of condensation heat transfer and droplet dynamics, the construction and characterization of surfaces, dynamics measurement of droplet on surfaces were conducted. Then convective condensation heat transfer and heat transfer characteristics of anti-gravity flat heat pipe with two layer surface were studied. The study focus on the regularity that how the structure parameters and wettability of surfaces affect condensation heat transfer, by reducing droplet diameter, accelerating liquid movement, promoting the inhalation and drainage of liquid. Functional coordination and scale matching of two layer surfaces were also explored in dropwise condensation. A mathematical model for droplet growth, droplet movement, droplet bounce and liquid suction is established, and the numerical simulation is carried out using the finite volume method based on lattice Boltzmann. Experiments and theories are verified each other to reveal the mechanism of the interaction between two layer surfaces and the condensation heat transfer. This project belongs to interdisciplinary frontier areas, in which the material preparation, modification and the cooperation were introduced. It will not only provide a theoretical basis for high efficient condensation heat transfer, but also provide guidance for the design of new type of compact condenser.
项目针对滴状冷凝传热系数远高于膜状冷凝,减小液滴直径并及时脱离是强化冷凝传热的关键。项目提出采用亲/疏水结构表面协同排液,强化冷凝传热的构想,从亲/疏水结构表面制备、表征,液滴动力学,平面对流冷凝传热以及平板热管的应用等方面进行研究,出色完成了任务和目标,创新性工作如下:.借助仿生学原理,开发了低成本制备亲/疏水性两层结构表面的方法。烧结制备了多尺度乳突结构,利用氧化和表面改性等手段获取了超亲水和超疏水组合表面,研究了液滴在不同润湿性表面上的液滴动力学和多孔结构的反重力吸液特性,发现了液体在吸液芯内部的两种不同扩散模式。研究了平面对流冷凝传热,提出了“超疏水表面滴状冷凝,超亲水乳突吸液引流”的新思想,可达到“及时引流,协同排液”的预期功能。揭示了亲/疏水性两层结构表面在减小液滴脱离直径,减小液膜厚度、提高冷凝传热系数的机理。当过冷度为1.5K时,组合表面的冷凝传热系数分别是单一超疏水表面和光滑铜表面上的2倍和4.3倍。.研究了亲/疏水性两层结构表面反重力平板热管的传热性能,获取了亲/疏水性两层结构表面在有效控制反重力平板热管启动温度、减小或消除热管中流动与传热不稳定性方面的效果及机理,发现了冷凝所形成的液滴在高/低粘附超疏水表面上脱离形式的差别和规律性;探索了亲/疏水性两层结构表面的反重力平板热管的传热特性,实现了热管从对流传热到核态传热的转变及自适应传热,使热管的传热性能大大提高。建立了材料表面功能与结构尺度、润湿性的关联,微观和宏观的融合,将材料的制备、改性与协同性引入到冷凝传热中,为新型紧凑式散热器的设计提供了很好的指导,具有重大的节能减排和社会经济效益。.共发表论文31篇(期刊论文24篇,会议论文7篇)(包括SCI论文6篇,EI论文15篇),其中Nano Energy期刊论文1篇(影响因子15.5),申请专利5项(获授权3项),培养硕士生5名,其中4名获优秀毕业生称号。参加国际会议1次,开展了广泛的国内外合作与交流。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Convective dropwise condensation heat transfer in mini-channels with biphilic surface
双亲表面微通道内的对流滴状冷凝传热
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.01.015
发表时间:2019-05
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer
影响因子:5.2
作者:Jindou Yuan;Yanbo Wang;Jinliang Xu;Xianbing Ji;JianXie
通讯作者:JianXie
DOI:--
发表时间:2017
期刊:中南大学学报(自然科学版)
影响因子:--
作者:李红传;纪献兵;周冬冬;徐进良
通讯作者:徐进良
DOI:10.13224/j.cnki.jasp.2017.10.013
发表时间:2017
期刊:航空动力学报
影响因子:--
作者:李红传;纪献兵;徐进良
通讯作者:徐进良
DOI:--
发表时间:2019
期刊:热能动力工程
影响因子:--
作者:周儒鸿;纪献兵;孔庆盼;代超
通讯作者:代超
DOI:--
发表时间:2020
期刊:原子能科学技术
影响因子:--
作者:孔庆盼;纪献兵;尤天伢;周儒鸿;徐进良
通讯作者:徐进良
双亲性Janus颗粒强化沸腾传热机理研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:纪献兵
- 依托单位:
多尺度微细结构表面调控沸腾传热热力学非平衡性的研究
- 批准号:51276061
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:纪献兵
- 依托单位:
国内基金
海外基金















{{item.name}}会员


