基于宽温域疏水微纳结构自适应构建的纳米气泡润滑减阻调控机理研究

基本信息
批准号:51875417
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:卢艳
学科分类:
依托单位:武汉科技大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:曾良才,杜辉,许仁波,朱思聪,田体先,高荟超,魏青,施鹏程,柳鹏
关键词:
Leidenfrost效应疏水微结构多重形状记忆纳米气泡微流体
结项摘要

The purpose of the project is to address novel hydrophobic induced nanobubble lubrication concept of the small-scale effects of the micro electro mechanical system (MEMS) and investigate the self-adaption microstructure featured wide temperature range promotion mechanism in the drag reduced control system..With the purpose to obtain the thermodynamic stability effect of nanobubble, the hydrophobic micro structure morphologies are invested; and the nanobubble lubrication and drag reduction mechanism based on the temperature response of microstructure deformation is established by investigation of the nanobubble nucleation and distribution stability affected by the influence of temperature coupled with microstructure and gas liquid interface characteristics, the kinetics of boundary slip and flow heat transfer characteristics affected by the existence of nanobubble; with the function of multiple shape memory for microstructure temperature response, it is easy to realize the nanobubble drag reduction controllable during the lubrication process. . The research involves: 1.The nanobubble stability induced by the hydrophobic interface; 2. Flow slip effect based on the leidenfrost nanobubble temperature response affected by the microstructure; 3. Microstructure regulates the deformation based on the temperature response of multiple shape memory material; 4. The nanobubble drag reduction lubrication control mechanism based on the microstructure self-adaption deformation with wide temperature range..The purpose of the proposal is to investigate nanobubble lubrication control system using the thermal and the hydrophobic microstructure coupled effect within wide temperature domain and the new temperature response self-adaption microstructure fabrication method can be innovated.

本项目针对微机电系统的小尺度效应,提出疏水纳米气泡润滑新概念及通过宽温域自适应微纳结构对减阻调控的学术构想。.研究将以纳米气泡的热动力学稳定效应为目的,构建疏水微结构形态;通过温度耦合微结构作用下纳米气泡的成核和分布形态稳定性机理以及基于纳米气泡的气液界面特征、边界滑移动力学和流动传热特性,建立微结构的温度响应对纳米气泡两相混合微流体流动热动力学机理;利用多重形状记忆材料的微结构形变调控实现对纳米气泡的润滑减阻控制。.研究内容涉及:1.基于疏水界面诱导的纳米气泡稳定机制研究;2.基于微结构的Leidenfrost纳米气泡温度响应滑移效应研究;3.基于形状记忆材料温控性能的多重微结构调控研究;4.基于宽温域自适应形变的纳米气泡润滑减阻控制机理研究。.申请项目将温度耦合的疏水纳米气泡效应引入润滑控制中,可望创新出新的自适应微结构表面的制备方法,为宽温域纳米气泡润滑控制提供理论基础。

项目摘要

将温度耦合的疏水纳米气泡效应引入润滑控制中,创新出自适应微结构表面的制备方法,实现了宽温域自适应形变的纳米气泡润滑减阻控制。本课题首先通过醇水交换法实验参数研究,实现了疏水热解石墨烯表面纳米气泡的分布形态调控;然后利用多元溶剂蒸发等方法制备了不同疏水纳米织构表面,研究了疏水表面纳米结构形态对于纳米气泡成核及其稳定性的影响规律;建立了疏水微结构界面诱导的纳米气泡形成机制;通过宏微观多场耦合仿真,构建了基于疏水界面微纳结构的纳米气泡两相流体热动力学模型,揭示出高温壁面Leidenfrost纳米气层润滑减阻机制是界面微形貌和温度响应产生的耦合效应;纳米气层悬浮液体临界产生温度是流固接触面积和宽间比的函数,通过微结构优化达到了纳米气泡温度响应滑移的目的;通过模板复刻法在温敏形状记忆聚合物表面上制备出智能响应的微结构,借助微结构形态可逆转变实现了润湿性的调控;进行了二元合金的热响应相变分子模拟研究,揭示出温度自适应纳米结构对表面疏水性能的调控,最终利用温敏形状记忆材料的微结构形变调控实现了宽温域纳米气泡润滑减阻控制。项目资助发表论文共29篇,其中SCI收录19篇(5篇为中科院1区,3篇Top),1篇EI为机械工程学报收录。获授权发明专利2项,其中1项为国外发明专利。获湖北省科学进步二等奖1项。培养硕士生21名,7名已取得硕士学位,协助培养博士生3名。项目投入经费60万元,支出33.87万元,各项支出基本与预算相符。剩余经费计划用于本项目研究后续支出。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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