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纳米蓄冷工质中CNTs的定向调控及凝固过程强化机理研究
结题报告
批准号:
51906013
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
邢美波
依托单位:
学科分类:
E0601.工程热力学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
本项目提出对纳米蓄冷工质中CNTs进行定向分布调控,形成高定向导热蓄冷工质。通过轴向CNTs形成的导热网链为蓄冷工质的热传导提供通道,提高凝固过程晶体生长表面的热量传输能力。主要对磁场作用下CNTs的定向调控机制及其强化冰蓄冷凝固过程进行研究。探寻磁性粒子负载改性CNTs水基纳米流体的制备工艺,获得分散稳定性良好的CNTs磁性纳米流体;针对水基CNTs纳米流体为研究对象,以磁场诱导技术为实验手段,将负载改性CNTs磁性纳米流体置于磁场中,研究定向排列CNTs纳米流体的过冷度抑制情况和凝固速率的变化规律;通过实验研究和理论分析揭示高定向导热CNTs纳米粒子在溶液中的非均匀成核及晶体生长机制,建立CNTs纳米流体空间不连续与非均匀化凝固过程中非稳态传热的预测模型。本课题的研究对深入认识纳米流体强化相变凝固特性具有学术价值,也为蓄冷空调技术中发展高效节能的蓄冷工质奠定基础。
英文摘要
In this project, the directional CNTs in cool storage media are distributed to form high orientation heat conduction working fluid. The thermal conduction network chains formed by axially distributed CNTs provide a channel for thermal conduction of cool storage media and improve the heat transfer capacity of crystal growth surface during solidification. Specifically, the effect of directional arranged CNTs that induced by magnetic field on the enhanced cold storage characteristics will be investigated. The preparation of water based CNTs nanofluid, which is modified by magnetic particles, will be studied to obtain CNTs magnetic nanofluid with good dispersion stability. When water based CNTs nanofluid is used as working fluid, experiments are conducted to measure subcooling degree and solidifying rate of orientation arranged CNTs nanofluid under magnetic field. Experimental study and theoretical analysis will be carried out to study the heterogeneous nucleation and crystal growth mechanism of CNTs magnetic nanofluid. As a result, a prediction model of unsteady heat transfer is established during the space discontinuity and heterogeneous phase transformation process for CNTs nanofluid. The research is of academic value for understanding the solidification characteristics of nanofluid and also has significance on developing energy-efficient working fluid in the ice storage air conditioning system.
本项目从实验研究、理论分析以及数值仿真三方面针对磁场诱导取向碳纳米管(CNTs)的调控机制及其添加对冰蓄冷中凝固相变过程强化机理进行了研究。通过对CNTs磁性纳米蓄冷工质的制备研究,获得了复合磁性纳米粒子共沉淀法制备工艺,掌握了影响材料磁化性能和促使其分散稳定的最佳反应条件;采用磁场对四氧化三铁负载改性的CNTs磁性纳米流体进行取向调控,探究了不同四氧化三铁浓度下磁场强度和方向对CNTs定向分布的影响规律,获得了稳定分布轴向CNTs纳米流体的控制机制;搭建了磁场作用下相变蓄冷特性可视化实验装置,研究了磁场特性对CNTs纳米流体过冷度和凝固速率的影响,掌握了定向CNTs纳米流体的过冷度抑制情况和凝固速率的规律,同时可视化观测了纳米流体相变凝固传热中晶体的生长过程,得到两相界面随时间的变化位置;在上述研究的基础上,理论研究了CNTs在去离子水中的成核表面能,计算了临界成核半径和临界成核功;此外,探索了在有无磁场作用下随机分布和定向排列CNTs纳米流体对相变过程中的质量、能量和动量输运的影响规律,获得了CNTs在纳米流体结晶动力学过程的作用机制,建立了描述晶体生长过程的数值预测模型。应用本项目研究结果可降低冰蓄冷空调系统中由于水的过冷度大和导热系数低造成的制冷机组能耗,对高效节能蓄冷工质的开发具有积极意义。
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
DOI:10.1016/j.est.2022.105931
发表时间:2022-12
期刊:Journal of Energy Storage
影响因子:9.4
作者:Meibo Xing;Dongliang Jing;Hongbing Chen;Hongfa Zhang;Ruixiang Wang
通讯作者:Ruixiang Wang
DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2023.108215
发表时间:2023
期刊:International Journal of Thermal Sciences
影响因子:4.5
作者:Meibo Xing;Dongliang Jing;Hongfa Zhang;Ruixiang Wang
通讯作者:Ruixiang Wang
DOI:10.1016/j.ijrefrig.2022.12.016
发表时间:2022-12
期刊:International Journal of Refrigeration
影响因子:3.9
作者:Ruixiang Wang;Bowen Zhang;Rongji Xu;Meibo Xing;Hongjun Zhang;Hua Zhang;Gang Yan;Haifeng Wu
通讯作者:Haifeng Wu
DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.004
发表时间:2021
期刊:功能材料
影响因子:--
作者:贾朝富;邢美波;张洪发;王瑞祥
通讯作者:王瑞祥
DOI:10.1016/j.icheatmasstransfer.2022.105880
发表时间:2022-02
期刊:International Communications in Heat and Mass Transfer
影响因子:7
作者:Meibo Xing;Hongfa Zhang;Hongbing Chen;Ruiting Wang
通讯作者:Ruiting Wang
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