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基于纳米结构的气液相变传热强化研究任务书
一、研究背景和意义
气液相变在许多工业领域中具有广泛应用，例如：空气-conditioning、制冷剂、汽车发动机冷却、热交换器、吸收式制冷、低温冷却、火箭发动机等。在这些应用领域中，气液相变所占比重越来越大，热传导的强度也就越来越需要提高。
近年来，包括国内在内的多项研究表明，纳米材料具有明显的热物性改变和传热强化效果。基于此，以纳米结构为基础的气液相变传热强化研究，对于提高工程应用中气液相变热传导的效率和可靠性具有重要的意义。
本文旨在阐述该课题的研究思路和研究计划。
二、研究内容
1.纳米结构对气液相变传热的影响
首先，将选择几种常见的纳米材料，包括纳米金、纳米铜、纳米二氧化硅等，制备成相应的纳米材料红、蓝色等几种颜色的材料粉末。
然后，利用物理化学、表面化学、纳米科学和技术等学科，对所选材料的物理、化学性质进行分析和表征，包括晶体结构、纳米粒度分布、元素分析等。
利用所制备的纳米材料，建立以纳米结构为基础的气液相变传热模型。在该模型中，将系统中的各组分分别表示为一个纳米相和一个宏观相，再通过ODE和PDE对相变过程进行数值模拟和实验研究，分析纳米结构对相变传热特性的影响，包括热传导率、相变温度、相变速率等。
2.基于纳米结构的气液相变传热强化机理研究
通过前面的数值模拟和实验研究，分析纳米结构对气液相变传热的强化机理。
首先，通过分析纳米结构对相变界面热流密度、界面温度和界面位置的影响，阐述纳米结构所引发的气液相变传热强化机制。
然后，分析纳米结构对相变热传导的影响，包括对相变热传导的热传导率的改变以及新的相变路径和相变模式的出现，以此揭示纳米结构强化气液相变传热机制的本质。
最后，借此机会揭示气液相变传热机制的基本规律，为设计和制造基于纳米结构的传热元件和传热器提供关键性的理论指导。
三、研究方案与预期结果
1.方案
1）材料制备与特性表征
首先，制备常见的纳米材料如纳米金、纳米铜、纳米二氧化硅等并对其进行化学成分、粒径大小、成分分布等相关物性表征。
2）基于纳米结构的气液相变传热模型建立及模拟研究
构建以纳米结构为基础的气液相变传热模型，开展相变传热模拟和实验研究，分析纳米结构对气液相变传热特性的影响，包括热传导率、相变温度、相变速率等。
3）基于纳米结构的气液相变传热强化机理研究
通过分析纳米结构对相变热传导的影响，阐述纳米结构所引发的气液相变传热强化机制。揭示气液相变传热机制的基本规律，为设计和制造基于纳米结构的传热元件和传热器提供关键性的理论指导。
2.预期结果
通过本研究，我们期望得到以下几方面的结果：
1）制备出常见的纳米材料，并对其进行物性和化学成分表征。
2）建立以纳米结构为基础的气液相变传热模型，分析纳米结构对气液相变传热的特性影响和量化指标。
3）通过研究纳米结构对气液相变传热的强化机理，揭示气液相变传热的基本规律。
4）开发和设计新型基于纳米结构的传热元件和传热器。
四、研究进度安排
本研究计划从2022年开始，设定研究时间为3年，具体安排如下：
2022年
3月份：调研、文献查询及相关知识学习。
6月份：开始制备几种常见的纳米材料，包括纳米金、铜、二氧化硅等。进行相关物性化学性质测试及表征。
2023年
3月份：真实实验前的数据分析和模型建立。
6月份：对以纳米结构为基础的气液相变传热模型进行建立及初步验证。
2024年
3月份：完成针对基于纳米结构的气液相变传热强化机理研究，并取得相关成果。
6月份：开始开发和设计新型纳米结构传热元件和传热器。
2025年
3月份：进行新型纳米传热元件和传热器的实验及相关物性和机理、性能研究。
6月份：完成研究报告并撰写有关论文和学术报告。
五、研究经费来源
该项目的经费来源主要是国家重点研发计划、国家自然科学基金和地方科技资源。
六、结论
基于纳米结构的气液相变传热强化研究是相应领域研究的前沿领域，在提高工程应用中气液相变热传导的效率和可靠性方面具有重要意义。本文提出的研究思路和研究计划，旨在探究纳米结构对气液相变传热的强化机理、揭示气液相变传热的基本规律，并且为制造基于纳米结构的传热元件和传热器提供关键性的理论指导。