课题基金 / 基金详情

基于凝胶的软物质的热质传递机理与性能调控

批准号:
51936005
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
张立志
依托单位:
学科分类:
传热传质学
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
张立志

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
软物质指处于固体与理想流体之间的物质,其热质传递机理是对其性能进行调控的基础。本项目拟以膜式海水淡化过程中遇到的污染物凝胶这类典型的软物质为例,研究其自身及组成流道的传热传质规律。通过粗粒化分子动力学模拟,用基于全原子模拟的力拟合法构建粗粒化模型,确立其势函数形式和模型,从分子层次揭示软物质本身的传热传质机理,并用Flory-Huggins模型表达出扩散组分与软物质之间的相互作用力;通过微型应变仪等技术,揭示软物质的流变特性;通过超声时域反射法,实时监测、表征膜上软物质的变形规律;通过实验与多尺度数值模拟,阐明软物质及其与流体的耦合规律;在此基础上实现凝胶性能调控,解决膜性能衰减这一膜产业化的瓶颈问题。
英文摘要
Soft matter is a kind of material between solid and ideal fluid. Its heat and mass transfer mechanisms are the basics for performance manipulations. This project takes the gel pollutants encountered in membrane-based seawater desalination, a key representatives of soft matter, as the example for heat and mass transfer studies. The heat and mass transfer inside itself and through the ducts surrounded by the material, are studied. Through UTDR method, the deformation of the gel will be monitored in real-time. The coarse grain molecular model and the potential functions of the material will be set up. Through AAMD set up coarse grain MD simulations, the heat and mass diffusions inside the soft matter will be performed. Force-matching method will be used to set up the coarse-grain models. The interaction parameter between the solute and solvent will be obtained to set up the Flory-Huggins models for mass transfer. Through micro strain gauges, the reologies of the soft matter will be set up. Then through experiments and numerical work, the friction factor, heat and mass transfer characteristics through the soft matter ducts will be investigated. The coupling between the fluids and soft matter will be analyzed. Based on these endenvors including multi-scale modeling and experiments, system performance of soft matter will be performed. They will help to solve the key obstacle in membrane applications, by controlling pollutants on membranes. This project will also help to strengthen the crossling between subjects.
本项目以海水淡化过程中遇到的污染物凝胶为主,以聚合物膜和颗粒沉积物这一类软物质为辅,研究了软物质的组成、结构、其本体的力学和传热传质性能,以及软物质构成的流道的流动和传热传质规律和软物质系统的性能调控原理。..研究成果主要包括:(1)表征、测试了凝胶污染物的力学和热物理参数,发明了一种抗凝胶污染海水淡化膜,通过分子动力学模拟阐释了它的抗污染机理及其热质传递原理。其机理在于,接枝在PVDF上的柠檬酸优先与钙离子结合形成了具有一定空间位阻效应的络合物层,可以避免海藻酸类凝胶在膜表面的形成和聚集。(2)进一步增强膜抗污染,发明了一种可利用全光谱太阳光实现自修复的MXene量子点/ZnO改性透湿膜。具有上转换性质的量子点可将可见光转化为ZnO可吸收的紫外光,扩宽了吸收光谱的范围,增强了光催化降解污染物的能力。(3)基于多分布函数相场格子玻尔兹曼模型模拟了液滴撞击具有随机分布粗糙结构超疏水表面的动力学行为和换热特性,推导了随机粗糙表面上液滴碰撞换热总换热量的理论预测公式。(4)基于非均相成核和枝晶生长理论,提出了一种预测不同润湿性表面霜层生长的格子玻尔兹曼模型,揭示了随机表面粗糙度特征参数对霜层的影响规律,指明了结霜控制手段。(5)模拟了换热器内部超疏水表面对于含尘气流流动与换热特性的影响。发现采用超疏水表面可以抑制了壁面污垢层的生成,有效地降低含尘气流中灰尘颗粒对流道流动及传热性能的影响。(6)对光伏板-水凝胶散热系统的传热传质特性进行了研究,揭示了系统热力学基本规律,为系统及材料设计提供了指导。拓展研究了多种软物质(如聚合物、颗粒物、霜、凝胶)的热物理性质及其对流道和系统的热质传递性能的作用。..研究过程共发表SCI论文72篇,其中ESI高被引论文1篇。获授权发明专利5项。培养人才40人,含国家优秀青年基金获得者1人,广东省优青(省基金青年提升项目)1人,引进准聘副教授2名,培养博士生10人,硕士生26人。召开国际学术会议2次,做大会特邀报告8次。研究成果获得粤港澳大湾区高价值专利培育大赛银奖。项目促进了国内外学术交流和学科交叉。
热泵驱动的中空纤维膜液体除湿系统的热力学与动力学特性
  • 批准号:
    51376064
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    张立志
  • 依托单位:
亲水/憎水复合膜的传热和选择性传湿机理研究
  • 批准号:
    51076047
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    42.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    张立志
  • 依托单位:
复合支撑液膜的传热和传湿特性研究
  • 批准号:
    50676034
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    张立志
  • 依托单位:
基于亲水性高分子膜的焓回收器的热湿交换机理的研究
  • 批准号:
    50306005
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    张立志
  • 依托单位:
国内基金
海外基金