纳米流体微纳粒子（团）反常输运的微结构和动力学特性

纳米流体和纳米材料是当今世界科学研究的热点课题. 纳米流体在输运过程中呈现出一系列"奇特、反常"的物理特性，其粒子（团）扩散、再分配以及这些纳米粒子团聚区域的微结构对材料的性能具有极大的影响. 本项目基于分形介质理论、分数阶微积分和非牛顿/高分子流体动力学的观点来开展纳米流体反常输运的研究工作. 通过对流场中微纳粒子（团）的无规则迁移、聚集、几何分形等现象进行实验观测并与非牛顿/高分子流体传递特性进行比拟，建立纳米流体反常输运的几何学及动力学表征；系统研究微纳粒子（团）随时空非均匀分布方式、生长过程中的分形微观信息、纳米团聚的起因和消除、流变性/粘弹性、表面吸附和脱附等特性，深刻理解纳米流体粒子（团）输运的本质和物理机制，揭示内在规律，为相关科学研究和工程应用提供依据、思路和方法.

项目采用多学科交叉的研究方法，基于分形介质动力学、分数阶微积分和非牛顿流体力学领域的知识和进展来开展纳米流体反常输运的研究工作。 将流场中微纳粒子（团）输运过程中的无规则迁移、聚集等现象与幂律非牛顿流体、磁流体、分数阶粘弹性流体及微极流体等反常传递特性进行比拟。在深入、系统研究各类复杂流体（非牛顿流体、磁流体、分数阶粘弹性流体、微极流体等）绕流各种非常规物面（包括旋转圆盘、矩形水槽、圆柱，垂直和楔形壁面，稳态及非稳态延伸/收缩壁面、物面存在速度滑移或温度跳跃、辐射、热源/热汇、焦耳热影响、楔形角度、Hall电流和离子滑移）等多因素对边界层内速度场和温度场传递行为的影响的基础上，深入研究和理解纳米流体粒子（团）反常输运、聚集等现象的本质和物理机制，揭示内在规律，为相关研究和工程应用提供依据、思路和方法。.自主设计搭建了能够观测纳米流体粒子（团）迁移特性及规律的激光散斑技术实验装置，观察静态和运动的纳米颗粒的传递行为。与以往实验不同点：（1）采用非牛顿幂律流体(即羧甲基纤维素钠CMC的水溶液)作为纳米流体的基液，并与基液是牛顿流体(如水和酒精)的纳米流体进行比较（2）实验中放置纳米流体的光学石英玻璃培养皿平置于一可控制旋转的圆台上，可实现各种纳米粒子(团)在静态和动态下输运特性的观测和测量。采用依赖于浓度梯度的幂律形式的质扩散模型对纳米颗粒的体积份额 进行建模，数值方法模拟圆盘上纳米流体不同运动状态的颗粒分布的影响，得到了和实验相吻合的定性结果。.项目研究得到了一系列非常有意义的成果，发表了一系列较高水平的学术论文，发展创立了一系列具有特色的系统求解复杂流体非常规绕流传递问题的解析分析方法和数值方法并于2013年1月在科学出版社出版专著一部。