亲疏水表面换热性能及其沸腾现象的微细化研究

本实验提出了复合方柱微结构的亲疏水强化换热表面,并对其在FC-72工质中的池沸腾换热进行研究。实验采用光滑芯片和方柱微结构高效换热PF30-60芯片作为对比组,通过使用装有显微镜头的高速摄像机对微细化沸腾现象进行捕捉。实验及分析结果表明:亲疏水表面芯片可有效提高沸腾的临界热流密度,降低沸腾起始点对应的壁面过热度,同时在相同热流密度下其壁面温度较PF30-60降低6～9 K;由于微结构区域提供数目可观的汽化核心,不断生长滑移的汽泡被困在光滑亲水通道,在亲水面及两侧微结构作用下加速汽泡的生长合并与脱离,因此沸腾换热效果得到显著提高。     

两种不同并行敷设热力影响对比研究

油气管道敷设中存在两种并行敷设方式,输油管道并行敷设和油气管道并行敷设.受焦耳汤姆逊效应和管径差别等因素的影响,油气管道并行敷设与两条输油管道并行敷设热力影响情况有所不同.本文采用有限差分法和有限容积法相结合的数值计算方法研究了这两种不同并行敷设热力影响的区别.     

K-ε-T MODEL OF DENSE LIQUID-SOLID TWO-PHASE TURBULENT FLOW AND ITS APPLICATION TO THE PIPE FLOW

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬｉｑｕｉｄ＿ｓｏｌｉｄｔｗｏ＿ｐｈａｓｅｆｌｏｗｅｘｉｓｔｓｗｉｄｅｌｙｉｎｎａｔｕｒｅａｎｄｍａｎｙｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｍｉｎｉｓｔｒｉｅｓ,ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ,ｓｅｄｉｍｅｎｔ＿ｌａｄｅｎｗａｔｅｒｆｌｏｗｉｓａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｌｉｑｕｉｄ＿ｓｏｌｉｄｔｗｏ＿ｐｈａｓｅｆｌｏｗｉｎｎａｔｕｒｅａｎｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｓｏｌｉｄｍａｔｅｒｉａｌｉｓａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｓｔｕｄ…     

差异化疏水铜表面的冷凝传热实验研究

为研究差异化疏水结构表面蒸汽滴状冷凝传热特性,首先在铜表面通过化学刻蚀法制备了不同的CuO与Cu(OH)_2微纳米复合微结构,通过十八硫醇自组装进一步修饰后,获得了具有不同静态接触角和表面能的差异化疏水表面。实验研究了不同微结构及其接触角对滴状冷凝传热性能的影响,并对冷凝传热过程中液滴在微结构表面的合并、脱落过程进行了可视化研究。结果表明,接触角相近、微结构不同的CuO-Ⅰ与Cu(OH)_2表面冷凝传热性能相近,约为光滑表面的1.5倍。接触角为125°的CuO-Ⅱ表面的冷凝传热性能明显高于CuO-Ⅰ表面,约为光滑表面的3倍。同时,相同过冷度下,CuO-Ⅰ表面冷凝液滴的合并与脱落频率明显低于CuO-Ⅱ表面。     

表面活性剂溶液内部微观结构和流变特性研究

进行了稳定剪切流下稀疏表面活性剂溶液的三维布朗动力学数值模拟.将溶液内部胶束粒子假设为由球体依次线性联结所构成,分别用Lennard-Jones势和软球势来描述不同粒子端部球和内部球相互之间的作用.采用Verlet速度算法进行模拟,得到了不同剪切率下胶束结构和流变特性.在低剪切率下可得到表面活性剂溶液内部的网状胶束结构,该结构在高剪切率下遭到破坏.剪切粘度和第一正应力系数呈剪切稀化特征.揭示了溶液内部结构和流变特性的关系.     

方柱微结构表面上FC-72的流动沸腾强化换热实验研究

为了提高电子器件的冷却效率,研究了不导电介质FC-72在表面加工有方柱微结构的模拟芯片上的流动沸腾强化换热性能.采用了两种方柱微结构,其边长均为30μm,但高度分别为60μm和120 μm.方柱微结构芯片与光滑芯片相比显示出较好的强化沸腾换热效果,且增加方柱高度可有效提高流动沸腾强化换热性能.方柱微结构芯片的临界热流密度随着流速和过冷度的增大而增大,且到达临界热流密度(CHF)时芯片的表面温度低于芯片回路正常工作的上限温度85℃.     

新型BiOI/g-C_3N_4纳米片复合光催化剂的制备及其可见光催化活性增强（英文）

近年来,石墨型氮化碳(g-C_3N_4)作为一种n型半导体光催化剂材料,由于具有较好的热稳定性和化学稳定性,同时具有可调的带隙结构和优异的表面性质而备受人们关注.然而,传统的g-C_3N_4块体材料存在比表面积小、光响应范围窄和光生载流子易复合等缺陷,制约着其光催化活性的进一步提高.因此,人们开发了多种技术对块体状g-C_3N_4材料进行改性,其中构建基于g-C_3N_4纳米薄片的异质结复合光催化材料被认为是强化g-C_3N_4载流子分离效率,进而提高其可见光催化活性的重要手段.BiOI作为一种窄带隙的p型半导体光催化剂,具有强的可见光吸收能力和较高的光催化活性,同时它与g-C_3N_4纳米薄片具有能级匹配的带隙结构.因此,基于以上两种半导体材料的特性,构建新型的BiOI/g-C_3N_4纳米片复合光催化剂材料不仅能够有效提高g-C_3N_4的可见光利用率,而且还可以在n型g-C_3N_4和p型BiOI界面间形成内建电场,极大促进光生电子-空穴对的分离与迁移效率.为此,本文通过简单的一步溶剂热法在g-C_3N_4纳米薄片表面原位生长BiOI纳米片材料,成功制备了新型的BiOI/g-C_3N_4纳米片复合光催化剂.利用X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱和瞬态光电流响应谱对所合成复合光催化剂的晶体结构、微观形貌、光吸收性能和电荷分离性能进行了表征测试.XRD,SEM和TEM结果显示,结晶完好的BiOI呈小片状均匀分散在g-C_3N_4纳米薄片表面;紫外漫反射光谱表明,纳米片复合材料的吸光性能较g-C_3N_4薄片有显著提升;瞬态光电流测试证明,复合材料较单一材料有更好的电荷分离与迁移性能.在可见光催化降解RhB的测试中,BiOI/g-C_3N_4纳米片复合光催化剂显示出了优异的催化活性和稳定性,其光降解活性分别为纯BiOI和g-C_3N_4的34.89和1.72倍;自由基捕获实验发现,反应过程中的主要活性物种为超氧自由基(·O_2~-),即光生电子主导整个降解反应的发生.由此可见,强的可见光吸收能力和g-C_3N_4与BiOI界面处形成的内建电场协同促进了g-C_3N_4纳米薄片的电荷分离,进而显著提高了该复合材料的可见光催化降解活性.此外,本文初步验证了在BiOI/g-C_3N_4纳米片复合光催化体系内光生电荷是依据"双向转移"机制进行分离和迁移的,而非"Z型转移"机制.     

方柱微结构表面射流-流动沸腾强化换热

采用长×宽×厚为10 mm×10 mm×0.5 mm的硅片来模拟实际芯片散热,通过干腐蚀技术在其表面加工出宽×高分别为50μm×60μm,50μm×120μm的方柱微结构,实验研究了方柱微结构在射流冲击下的流动沸腾换热性能。过冷度为25℃和35℃,横流速度V_c为0.5,1.0,1.5 m/s,喷射速度V_j为0～2 m/s,冷却工质为FC-72。实验结果和同工况下的光滑表面作了对比。结果表明,方柱微结构由于换热面积的增加从而表现出优于光滑表面的强化换热性能,增加过冷度和提高V_c以及V_j都提高了芯片在高热流密度下的换热性能,但随着V_c的增加,射流冲击的强化作用减弱,低流动高喷射的强化效果最为明显。方柱肋片效率随着热流密度的增加而减小,随着V_c(V_j)增加,方柱肋片效率也逐渐下降,但降幅随着V_c的增加而减小。     

减阻用表面活性剂溶液分子动力学模拟研究进展

减阻用表面活性剂在能源动力及化工领域有着广泛应用,在管道流体中加入少量表面活性剂可以使流动阻力大大降低从而节约能源,对于表面活性剂减阻机理的讨论也是近些年学者关注的热点之一.本文不仅对课题组前些年在表面活性剂溶液流变性、湍流减阻、减阻与传热的相关性、布朗动力学模拟方面的工作进行了概述,而且详细介绍了近三年来在表面活性剂粗粒化分子动力学模拟方面的研究成果.粗粒化模拟是近年来发展起来的方法,目前已广泛应用于化学、生物等诸多领域.在粗粒化分子动力学模拟方面的工作包括:表面活性剂溶液的流变性能与微观结构、表面活性剂溶液湍流减阻机理研究、湍流减阻失效分析三个部分.通过对表面活性剂溶液分子动力学模拟研究进展的回顾,作者认为,利用粗粒化分子动力学模拟方法可以合理揭示表面活性剂胶束的结构与流变性的对应关系,对胶束的断裂与再连接能力进行多维度的评价,如胶束的拉伸能、断裂能、最大拉伸长度、结合能、$\zeta$电势、疏水基驱动作用等方面.并对"黏弹说"减阻机理进行分子模拟层面的验证,对实际应用中的湍流减阻失效原理进行初步分析.最后,根据对近几年分子动力学模拟工作的总结,展望了未来粗粒化分子动力学模拟在表面活性剂方面的研究方向.      

复合柔性结构全局模态函数提取与状态空间模型构建

随着航空航天等领域中实际工程结构的大型化和柔性化,结构的非线性振动和主动振动控制问题越来越凸显.分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统的非线性动力学模型与状态空间模型.对于由柔性部件、刚体、连接部件构成的复合柔性结构,由于各部件之间的振动耦合效应,单个柔性部件在悬臂、简支和自由等静定边界下的模态与结构的真实模态有较大差异.为此,本文提出复合柔性结构全局模态的解析提取方法,通过全局模态离散得到系统非线性动力学模型,从而构建状态空间模型.该方法采用笛卡尔坐标描述系统的运动,建立系统的运动方程;结合描述柔性部件的偏微分方程、刚体的常微分运动方程、连接界面处力、力矩、位移和转角的匹配条件以及系统的边界条件,利用分离变量法给出统一形式的频率方程,获取系统的固有频率和解析函数表征的全局模态.这里提出的全局模态提取方法不仅便于复合柔性结构固有频率和全局模态的参数化分析,而且为建立复合柔性结构低维非线性动力学模型和状态空间模型提供了有效的途径,对于推进这类结构的非线性动力学分析与主动振动控制研究具有重要意义.