大项目-国家自然基金申请书

国家自然科学基金申请书PAGE7 第6页版本1.017.719 申请代码：受理部门：收件日期：受理编号：国家自然科学基金申请书您现在不能检查保护文档或打印文档，请根据以下三个步骤操作：您现在不能检查保护文档或打印文档，请根据以下三个步骤操作：1)如果您是Word2000或以上版本用户，请把Word宏的安全性设为:"中"方法:Word菜单->工具->宏->安全性->安全级,设置为"中"(如果您是Word97用户，继续执行以下步骤)2)关闭本文档，重新打开本文档3)点击"启用宏"按钮，即可开始填写本文档或打印了资助类别：亚类说明：附注说明：项目名称：申请者：电话：依托单位：通讯地址：邮政编码：单位电话：电子邮件：申报日期：200FORMTEXT6年FORMTEXT3月FORMTEXT12日国家自然科学基金委员会

基本信息1EDk7nJ+2sO申请者信息姓名性别女出生年月1971年1月民族汉族学位硕士职称讲师主要研究领域传热传质学电子邮件xhz@传真个人网页工作单位华北电力大学(北京)/动力工程系在研项目批准号依托单位信息名称代码10220603联系人武润莲电子邮件wrlzpl@126.com电站地址合作单位信息单位名称代码项目基本信息项目名称资助类别面上项目亚类说明青年科学基金项目附注说明申请代码E0603:传热传质学E060304:强化传热传质基地类别预计研究年限2007年1月—2009年12月研究属性应用基础研究摘要(限400字)：FORMTEXT本项目采用理论分析与有针对性的实验验证相结合的研究方法，揭示振荡流热管传热强化机理，研究脉冲加热、声空化外场与热管内脉动机制之间的耦合机理。在此基础上，进一步深入研究脉动热管的自激强化与外场复合强化机理，揭示脉冲加热、声空化外场强化与非均匀截面、纳米流体热管自激强化之间的耦合机制，探讨其优化设计理论。本项目的工作可以为振荡流热管传热强化奠定理论基础，进一步深化对振荡流热管的研究，拓宽振荡流热管的发展空间和应用领域。关键词(用分号分开，最多5个)FORMTEXT振荡流热管；脉冲加热；声空化；非均匀截面；复合强化项目组主要成员（注:项目组主要成员不包括项目申请者，国家杰出青年科学基金类项目不填写此栏。）编号姓名出生年月性别职称学位单位名称电话电子邮件项目分工每年工作时间（月）11938-9-26男教授学士华北电力大学(北京)010－80798627dengyingliu@理论分析；实验设计621968-6-1男副教授硕士华北电力大学(北京)010－80798627shangfumin@实验研究631974-12-18男副教授博士华北电力大学(北京houleping612@理论分析；数值模拟641975-12-28男讲师博士华北电力大学(北京)010－80798627gaoshengw@126.com理论分析；实验研究651983-2-27女硕士生学士华北电力大学(北京)010-807986272001na012@163.com实验研究861982-2-10男硕士生学士华北电力大学(北京ongchun_cao@163.com实验研究5789总人数高级中级初级博士后博士生硕士生FORMTEXT=ffdMmb_seniorno+ffdMmb_middle_no+ffdMmb_juniorno+ffdMmb_postdrno+ffdMmb_drcanno+ffdMmb_mscanno77FORMTEXT3FORMTEXT2FORMTEXTFORMTEXTFORMTEXTFORMTEXT2说明:高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报（含申请者），总人数自动生成。经费申请表（金额单位：万元）科目申请经费备注（计算依据与说明）一.研究经费FORMTEXT=sum(tbl_budgetb3:b3)+sum(tbl_budgetb9:b9)+sum(tbl_budgetb12:b12)+sum(tbl_budgetb15:b16)20.520.5000FORMTEXT1.科研业务费FORMTEXT=sum(tbl_budgetb4:b8)77.0000FORMTEXT（1）测试/计算/分析费FORMTEXT1.5000FORMTEXT温度测量和差压传感器的二级精度标定；外协测试（2）能源/动力费FORMTEXT0.7000FORMTEXT1FORMTEXT设备运行、实验室的水、电、气等费用、（3）会议费/差旅费FORMTEXT2.8000FORMTEXT外出调研和学术交流（4）出版物/文献/信息传播费FORMTEXT2.0000FORMTEXT论文出版、打印费用；资料查新、复印费用（5）其它FORMTEXTFORMTEXT2.实验材料费FORMTEXT=sum(tbl_budgetb10:b11)4.24.2000FORMTEXT（1）原材料/试剂/药品购置费FORMTEXT3.4000FORMTEXT制造热管原材料、热电偶、实验台零配件、购买纳米颗粒（2）其它FORMTEXT0.8000FORMTEXT其他各种实验耗材3.仪器设备费FORMTEXT=sum(tbl_budgetb13:b14)7.57.5000FORMTEXT（1）购置FORMTEXT5.5000FORMTEXT微型压力传感器、温度测量仪表、CCD摄像仪（2）试制FORMTEXT2.0000FORMTEXT可视化实验台加工，热管试制与加工4.实验室改装费FORMTEXT0.4000FORMTEXT实验室少量线路改造费用5.协作费FORMTEXT1.4000FORMTEXT外协咨询费二.国际合作与交流费FORMTEXT=sum(tbl_budgetb18:b19)33.0000FORMTEXT1.项目组成员出国合作交流FORMTEXT1.8000FORMTEXT国际会议及合作交流2.境外专家来华合作交流FORMTEXT1.2000FORMTEXT邀请国外专家来华交流三.劳务费FORMTEXT1.5FORMTEXT用于临时用工和直接参加项目研究的研究生的劳务费用四.管理费FORMTEXT1.0000FORMTEXT学校收取的项目管理费合计FORMTEXT=sum(tbl_budgetb2:b2)+sum(tbl_budgetb17:b17)+sum(tbl_budgetb20:b21)2626.0000FORMTEXT与本项目相关的

其他经费来源国家其他计划资助经费FORMTEXT0.0000其他经费资助（含部门匹配）FORMTEXT0其他经费来源合计FORMTEXT=sum(tbl_budgetc23:c24)0.00.0000 报告正文（一）立项依据与研究内容1、项目的立项依据振荡流热管是日本学者H.Akachi于1994年发明的一种新型高效的传热元件[1]。它是由长的毛细管弯曲成的蛇形管路，由若干细直管道和若干弯头组成，划分为加热段、冷凝段和隔热段三部分。按其循环系统的不同，又可分为首尾连成闭合回路的回路型（Looped）和首尾不相连的非回路型（Unlooped）两种。当管径足够小时，在真空下封装在管内的工质将在管内形成液、汽相间的柱塞。在加热段，汽泡或汽柱与管壁之间的液膜因受热而不断蒸发，导致汽泡膨胀，并推动汽液柱塞流向冷端冷凝收缩，从而在冷、热端之间形成较大的压差。由于汽液柱塞交错分布，因而在管内产生强烈的往复振荡运动（若在某些直管段上加装部分单向阀，亦可形成单向振荡运动），从而实现高效热传递。因为这种热管不仅具有优良的传热性能，还有结构简单、可以随意弯曲，可以采用不同的加热方式和加热位置、易于实现微型化等独特的优点，自其诞生之日起便受到了许多学者的关注。因为振荡流热管的传热机理与传统热管有很大差别，日本、美国、德国、俄罗斯、乌克兰、南非、韩国、新加坡、泰国等国家的研究人员纷纷对其进行了研究：Miyazaki&Akachi[2]（1996）以R142b为工质研究了回路型（Looped）热管内的振荡现象，提出了自激振荡模型，认为振荡流热管中压力振荡与流动振荡相互激励，使振荡得以自我维持。Akachi[3]（1996）研究发现，在振荡流热管弯头数大于某一最小值时，热管的热阻与加热方式关系不大，即其他条件相同时底加热，顶加热，和水平加热三种情况下热阻是相近的。GI[4]（1997）用脉动热管作了笔记本CPU的冷却实验，研究不同充液率对热管传热性能的影响，他还研究了倾角和充液率对UnloopedPHP传热性能的影响，发现倾角对传热性能影响不大，即水平加热与底加热性能差别很小。Nishio也对振荡流热管做了许多研究工作，他通过实验观察热管管径、冷热端温差、充液率、管材、加热角度和真空等对热管性能的影响（Nishio，2002）[5]，还对振荡流热管的传热极限进行了实验研究（Nishio，2003）[6]。Miyazaki（2004）的研究结果显示振荡流热管的热传输功率随着管内压力振荡频率和振荡幅度的增加而增加[7]。新加坡的Wong,Tongetal[8]（1999），美国的Zhang&Faghri[9]（2003），美国康涅狄格州大学Shafii[10]（2001），日本东京大学的Nishio[11]（2005）等，分别建立了振荡流热管的理论模型。我国学者在振荡流热管发明后不久即开始了这方面的研究工作，中国科学院工程热物理研究所是我国最早开展振荡流热管研究的科研机构[12~13]，近年来也有不少高校和科研单位加入了对振荡流热管的研究。由查阅上百篇资料可以发现：研究人员主要是通过实验观察热管的结构参数和运行参数对热管性能的影响；也有学者对热管进行流动与传热过程的理论分析，建立模型进行模拟计算[2～30]。总的来说，目前振荡流热管的研究还处在揭示传热机理及影响因素的初级阶段。回顾传统热管的发展历程，我们可以发现传统热管的研究经历了由传热机理研究到传热强化研究的发展阶段，今天，大多数热管研究者都在致力于热管的强化研究，比如通过采用各种毛细芯、混合工质、三维微型肋片、微槽群及吸附热管等方法来强化热管传热。振荡流热管的强化传热是振荡流热管发展的必然趋势，在经历了伊始的探索阶段后，振荡流热管的研究必将进入强化传热研究的新阶段。振荡流热管的传热机理与传统热管完全不同，因而其强化传热技术也具有不同的特点。根据振荡流热管的工作原理，强化传热可以从两个方向进行：一是强化管内汽液介质与管壁之间的传热；一是提高其振荡频率和运行的循环动力。而要达到这两种强化方向的最终目的，可以通过两个途径：一是自激强化，即没有外场作用的强化方法。非均匀截面热管和采用纳米流体做为工作液体均属于自激强化。许多学者研究表明，将纳米粒子加在流体中形成的工质——纳米流体，它的导热系数比其基流体大很多[31~32]，将其用做振荡流热管的工作液体无疑会强化热管的传热性能。申请人和合作者在这方面已进行大量的前期研究工作，实验结果显示，非均匀截面热管和以纳米流体为工作液体的热管传热性能有显著提高[33]，Holley&Faghri(2005)的研究结果也表明，采用非均匀截面可以强化热管的传热[34]。另一个途径是受激强化，即通过施加外场强化热管的传热。脉冲加热与声空化强化传热的方法均属于受激强化。脉冲加热即采用高热流、短脉冲的加热方式代替常规连续热源加热，通过外部施加的热冲击增强管内工质脉动机制，达到强化传热的效果。申请人和合作者的前期研究结果表明，在相同加热功率的条件下，当脉宽在200ms-1000ms时，脉冲加热热管的传输热量与当量导热系数均显著大于连续加热时[35]。声空化是指向液体中辐射超声波并使声强达到一定阈值时，在液体中出现的微小汽泡束随着声压的变化做脉动、振荡，并伴随有生长、收缩以至破灭的现象。液体声空化的过程是集中声场能量并迅速释放的过程。当空化泡（约1μm）集中了足够的声能而达到崩溃时（约1μs），产生出一个极短暂的强压力脉冲（可达100m/s的微射流），同时伴有短暂的高温升，形成局部的热点（Hotspot），空化泡内温度可达104K，压力可达4×108Pa，脉冲的持续时间可达数微秒[36~39]。声空化对传热强化效果显著，Nomura和Murakami（1999）就超声波振动方向对水平板传热的影响进行了实验研究，结果表明声空化强化单相对流传热效果可高达3倍[40]。中国科学院工程热物理所周定伟和刘登瀛教授就声空化场下各因素对水平圆管单相对流换热与沸腾换热的影响进行了系统的实验研究，他们的声空化强化传热论文已在多份国外刊物发表，被SCI收录5篇。他们的研究表明，声空化的方法对单相对流换热与沸腾换热均有显著强化效果[41~42]。因此，将声空化用于振荡流热管可具有双重效果，既可以强化热管外流体与管壁之间的对流换热，同时，由于它可以产生脉冲热流，因而能够强化热管内的脉动机制，所以采用声空化的方法改善振荡流热管传热性能是可行的。综上所述，自激强化和外场强化这两种途径对提高振荡流热管传热有显著效果，而且这几种强化方法可以同时使用，互相补充，并不冲突，就如传统传热学强化研究的主动强化和被动强化，可以互相补充，互相促进一样。比如纳米流体自激强化和声空化或脉冲加热的外场强化的方法可同时用于一个振荡流热管，自激强化和外场强化技术同时使用，他们之间的耦合可以产生更好的效果，只是目前并不清楚这几种不同强化方法之间的耦合机制，如何才能使复合强化热管处在一个最佳的工作状态。另外，振荡流热管是通过管内工质强烈的往复振荡来实现高效传热的，为了使外场强化取得最佳的效果，热管内的脉动流与外场施加的热冲击之间的耦合作用也是有待研究的问题。因此，研究振荡流热管传热强化机理和复合强化的耦合机制具有重要的理论价值，可以为振荡流热管传热强化奠定理论基础，进一步深化对振荡流热管的研究，拓宽振荡流热管的发展空间和应用领域。振荡流热管自激与外场复合强化研究还具有重要的实用价值：随着现代高新技术的发展，许多受热设备单位面积上的热负荷越来越高，如超大功率集成电路，发电用高温燃料电池、核反应堆、大功率微型动力机械、微小型燃气轮机、超导发配电设备以及载人飞船等航天器，其单位热负荷都在100W/cm2以上，甚至达到103－104W/cm2，而在这些承受高热负荷的场合，又常常需要冷却或换热设备微型化，这就迫切需要小型的、强散热能力的新型传热元件，振荡流热管正是较好的选择之一，而复合强化振荡流热管将具有更加优良的传热性能，发挥更加重要的作用。我们可以根据不同的场合选择不同的复合强化方法：在需要加热的场合，以振荡流热管为加热元件，可采用脉冲加热与纳米流体热管或非均匀截面热管复合强化传热。在具有连续热源，需要散热冷却的场所，采用声空化强化振荡流热管传热将是一种很有希望的强化途径。以医疗领域为例，采用脉冲冷热交替疗法在肿瘤治疗中已显示巨大的应用前景，中科院理化所刘静研究员和上海交大徐学敏教授已进行了大量的基础研究，而脉冲加热（或冷冻）的振荡流热管有可能成为新的脉冲交替疗法的微型医疗器件。主要参考文献[1]H.Akachi,LoopedCapillaryHeatPipe,Proc.71stJSMESpringAnnualMeeting,1994,Vol.3,No.940-10,pp.606-611[2]Y.Miyazaki&H.Akachi,HeatTransferCharacteristicsofLoopedCapillaryHeatPipe,5thIHPS,1996[3]H.Akachi,Pulsatingheatpipe,5thIHPS,1996[4]K.Gi,CoolingofNotebookPCbyOscillatingHeatPipe,10thIHPC,Germany,1997[5]S.Nishio,S.NagataandS.Baba,StudyofSEMOSHeatPipe,Pro.ofJSME(B),Vol.68,No.671,PP.254-260[6]S.Nishio,Y.Tada,S.Nagata,Y.Tateno,MaximumHeatTransportRateofSEMOSHeatPipe,Proc.of40thHeatTransferConference,Japan,2003,pp.321-322[7]Y.Miyazaki,StudyonOscillatingHeatPipe,日本機械学会2004年度年次大会講演論文集(3),PP.37-38[8]WongT.N.,TongB.Y.,LimS.M.,OoiK.T.:TheoreticalModelingofPulsatingHeatPipe,11thInternationalHeatPipeConference,Japan,1999,pp.159-163[9]YuwenZhang,A.Faghri:OscillatoryFlowinPulsatingHeatPipeswithArbitraryNumbersofTurns,J.ofThermophysicsandHeatTransfer,2003,Vol.17,No.3,pp.340-347[10]M.B.Shafii,AmirFaghri,YuwenZhang,ThermalModelingofUnloopedandLoopedPulsatingHeatPipes,JournalofHeatTransfer,2001,VOL.123,pp.1159-1172[11]S.Wang,S.Nishio,NumericalSimulationonLoopedSEMOSHeatPipe,42ndNationalHeatTransferSymposiumofJapan,2005,pp.67-68[12]杨蔚原，张正芳，马同泽，回路型脉动热管的运行与传热，上海交通大学学报，37[9]，2003，1398－1401[EI][13]曲伟，马同泽，脉动热管的工质流动和传热特性实验研究，工程热物理学报，Vol.23,No.5,Sep.2002[14]S.Maezawa,ExperimentalChaosInOscillatingCapillaryTubeHeatPipes,10thIHPC,1997[15]K.Gi,F.Sato,S.Maezawa:FlowVisualizationExperimentonOscillatingHeatPipe,11thInternationalHeatPipeConference,[16]W.H.Lee,FlowVisualizationofOscillatingCapillaryTubeHeatPipe,11thIHPC,1999[17]S.Khandekar,XiaoyuCui,M.Grol:ThermalPerformanceModelingofPulsatingHeatPipesbyArtificialNeuralNetwork,12thInternationalHeatPipeConference,Russia,2001,pp.215-219[18]Y.Miyazaki,StudyonOscillatingHeatPipe,Proc.of39thHeatTransferConference,Japan,2002,pp.321-322[19]S.Nishio,S.Nagata,R.Shirakashi,ThermalPerformanceofMicroSEMOSHeatPipe,Proc.of40thHeatTransferConference,Japan,2003,pp.319-320[20]M.Murayama,T.Inoue,Y.Suzuki,ExperimentalStudyonSelf-excitedOscillatingHeatPipeforSpaceApplication,Proc.of39thHeatTransferConference,Japan,2002,pp.321-322[21]S.Nishio,S.Ngata,T.Kubota,StudyofThermalPerformanceofSEMOSHeatPipe,Proc.of39thHeatTransferConference,Japan,2002,pp.127-128[22]S.Saeki,T.Saito,MeasurementofChaoticOscillatoryFlowinPulsatingHeatPipe,日本機械学会2004年度年次大会講演論文集(3),PP.111-112[23]Y.Zhang,A.Faghri,M.B.Shafii,Analysisofliquid-vaporpulsatingflowinaU-shapedminiaturetube,InternationalJournalofHeatandMassTransfer,45(2002),2501-2508[24]PiyanunCharoensawan,SameerKhandekar,ManfredGroll,PraditTerdtoon,Closedlooppulsatingheatpipes,PartA:parametricexperimentalinvestigations,AppliedThermalEngineering23(2003)2009-2020[25]SmeerKhandekar,PiyanunCharoensawan,ManfredGroll,PraditTerdtoon,Closedlooppulsatingheatpipes,PartB:visualizationandwemi-empiricalmodeling,AppliedThermalEngineering23(2003)2021-2033[26]SameerKhandekar,ManfredGroll,Aninsightintothermo-hydrodynamiccouplinginclosedlooppulsatingheatpipes,InternationalJournalofThermalSciences43(2004)13-20[27]

中岡真一，永田真一，西尾茂文，細径SEMOSヒートパイプに関する研究，第41回日本伝热シンポヅウㄙ講演论文集(2004-5)。[28]永田真一，汪双鳯，許建偉，西尾茂文，マイクロSEMOSHeatPipeの動作限界，第41回日本伝热シンポヅウㄙ講演论文集,2004,PP.333-334[29]T.Nagasaki,Y.ItoandT.Ishikawa,StudyonHeatTransportMechanisminPulsatingHeatPipe,42ndNationalHeatTransferSymposiumofJapan,2005,pp.211-212[30]Y.Miyazaki,StudyonOscillatingHeatPipe(PressureoscillationCharacteristics),42ndNationalHeatTransferSymposiumofJapan,2005,pp.213-214[31]J.A.Eastman,S.U.S.Choi,S.Li,W.YuandL.J.Thompson,AnomalouslyIncreasedEffectiveThermalConductivityofEthyleneGlycol-BasedNano-FluidsContainingCopperNano-Particles,AppliedPhysicsLetters,78,pp.718-720[32]S.U.S.Choi,Z.G.Zhang,W.Yu,F.E.LockwoodandE.A.Grulke,AnomalousThermalConductivityEnhancementinNano-tubeSuspensions,AppliedPhysicsLetters,79,pp.2252-2254[33]商福民，冼海珍，刘登瀛，杜小泽．自激振荡流热管变截面结构强化传热实验研究，中国工程热物理学会第十一届学术年会论文集[C]，2005，444-448[34]B.Holley,A.Faghri,Analysisofpulsatingheatpipewithcapillarywickandvaryingchanneldiameter,InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2005,pp.2635-2651[35]冼海珍，商福民，刘登瀛，杜小泽，自激振荡流热管脉冲加热强化传热实验研究,《工程热物理学报》第27卷，第三期，2006[36]冯若，赵逸云，陈兆华等，声化学—声空化及其检测技术，声学技术，1994,13(2):56~61[37]SrinivasanD,HalrogdL.V,J.Appl.Phys.,1961,32(3):446[38]冯若主编，娆锦钟，关立勋副主编，超声手册，南京：南京大学出版社1999[39]丁东，声化学—新的学科领域，声学技术，1992,11(3):41~44[40]NomuraS,MurakamiK,Influenceofstreaminginducedbyanultrasonicvibrationonheattransfer,ProceedingsofThirty-SixsymposiumonheatandmasstransferoftheJapaneseSocietyofEngineeringThermophysics,1999,36(1):25~26[41]D.W.Zhou,D.Y.Liu,P.Cheng,Boilingheattransfercharacteristicsfromahorizontaltubeembeddedinaporousmediumwithacousticexcitation,JournalofEnhancedHeatTransfer,2004,Vol.11,IS.3,PP.231-248[42]D.W.Zhou,D.Y.Liu,Heattransfercharacteristicsofnanofluidsinanacousticcavitationfield,HeatTransferEngineering,2004,Vol.25,IS.6,pp.54-612、项目的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键问题研究内容：1）脉冲加热时不同脉冲宽度、脉冲间隔对热管性能的影响以及脉冲加热外场与管内脉动机制之间的耦合效应及其优化理论。从以往的研究结果可知，环路型脉动热管在加热功率较小时，工质在热管内的运动形式为间歇振荡，当加热功率较大时，工质在热管内的运动形式为单向脉动流动。管内流体的振荡对热管传热性能的提高非常显著，日本的Takahashi和Inukai等的研究结果显示当最大脉动流速比提高10倍时，传热效率可以提高80倍。从本质上说，振荡流热管内的振荡是因热冲击而起，采用脉冲加热的方式代替常规连续热源加热旨在增强管内的脉动机制，提高其循环驱动力。只是，由于振荡流热管内为不均匀汽液两相流动，由于液膜蒸发吸收热量、汽泡冷凝释放热量，因而对热管产生热冲击，热管本身即存在不规则的温度脉动、压力波动情况。项目将进行理论分析，建立振荡流热管传热理论模型，并通过实验求取实用关联式，得出脉动频率及运行参数对热管传热的影响。进一步研究脉冲加热对决定热管性能的运行参数及脉动频率的影响，揭示外部施加的脉冲加热与内部脉动温度场叠加的耦合机制，考察脉冲宽度、脉冲间隔对热管性能的影响规律，探索其优化理论。2）不同声空化强度对热管脉动频率和当量导热系数的影响规律以及超声外场对振荡流热管相变传热的强化机理。声空化能产生局部高温、高压、冲击波和微射流等现象，使传热传质显著增强。声空化可以在强化热管外传热的同时对热管内的脉动机制产生影响，声空化外场作用于脉动热管内场同样存在叠加效应的问题，同时，不同的声空化强度产生的外场强度显然也会有所不同，本项目在理论分析的基础上通过实验观察不同声空化强度对热管传热性能的影响，揭示声空化外场与热管自激脉动的耦合机理，探索其优化理论。3）脉冲加热、超声外场强化与非均匀截面、纳米流体自激强化的耦合效应及其优化理论。进一步探索脉冲外场对热管形成的不稳定温度梯度场与管内脉动速度矢量场之间的协同关系及其对热管传输性能的影响。研究目标：揭示振荡流热管传热强化机理，研究脉冲加热、声空化外场与热管内脉动机制之间的耦合机理。在此基础上，进一步深入研究振荡流热管的自激强化与外场复合强化机理，揭示脉冲加热、声空化外场强化与非均匀截面、纳米流体热管自激强化之间的耦合机制，探讨其优化设计理论。拟解决的关键问题：1）脉冲加热与声空化外场强化对振荡流热管传热性能影响的实验研究，准确测定在不同强化条件下热管内的脉动压力场、脉动温度场及其流动图形。2）外场强化与热管自激强化之间的耦合机制与理论模型。要建立外场与自激强化对热管脉动性能及其传输功率之间的定量关系。3、拟采取的研究方案及可行性分析拟采取的研究方案：本项目采用理论分析以及有针对性的实验验证相结合的研究方法。理论上，针对振荡流热管的流动与换热特点，建立能量方程与动量方程，求解瞬态速度场和温度场，得出温度脉动和压力脉动对热管换热性能的影响，并进行数值模拟计算，同时通过针对性的实验验证理论求解结果。实验方面，通过实验测量管内压力和温度等相关参数，验证理论计算结果。通过可视化实验观察外场对管内流动的影响，采用微型温度、压力传感器测量管内流体的温度脉动与压力脉动，并对波形进行分析，求解外场强化与自激脉动的耦合规律。可行性分析：华北电力大学动力系传热传质研究室是北京市“能源的安全与清洁利用”重点实验室和教育部“电站设备状态监测与控制”重点实验室的主要组成部分之一。现有博士生导师一人，教授2人，副教授2人，具有博士学位的青年教师1人，博士生2人。其研究人员具有丰富的研究强化传热的理论基础和多年从事相关研究的经验，强化传热是校重点扶持的研究方向之一。研究室拥有进行研究所需要的计算机软、硬件条件和实验研究所需要的基本的仪器设备。近两年来，本项目组在开展振荡流热管强化传热研究方面做了许多系统的分析与实验研究，取得了较显著的成果，为项目的顺利进行做好了充分的准备，因此本项目的立项是可行的。4、本项目的特色与创新之处本项目研究外场热冲击与热管内脉动机制之间的耦合机理，探索其优化理论，同时，将外场强化（脉冲加热与声空化）与热管本身的自激强化（非均匀截面与纳米流体）结合起来，研究其复合强化机理，探索优化匹配方案，可以为振荡流热管传热强化奠定理论基础，进一步深化对振荡流热管的研究，拓宽振荡流热管的发展空间和应用领域。5、年度研究计划及预期研究结果年度研究计划：2007年1月－2007年12月进行调研，完成问题的文献评述；对振荡流热管传热机理进行理论分析，建立数学模型；设计、加工实验段，调试测控系统。2008年1月－2008年12月通过数值方法对振荡流热管的传热进行分析；对理论分析结果进行实验验证；脉冲加热、声空化对振荡流热管传热性能影响实验研究；非均匀截面、纳米流体对振荡流热管传热性能影响实验研究；脉冲加热、声空化外场与振荡流热管自激脉动流之间的耦合作用。2009年1月－2009年12月脉冲加热、声空化外场强化与自激强化（非均匀截面、纳米流体）之间的耦合机制；探讨振荡流热管各种强化方法的优化理论；总结归纳需要进一步探索的问题；撰写研究工作总结报告。预期研究结果：全面揭示振荡流热管传热强化机理，研究脉冲加热、声空化外场与热管内脉动机制之间的耦合机制及其振荡流热管的自激强化与外场复合强化机理。项目执行期间，在国内外重要学术期刊发表文章6篇以上，其中被SCI和EI收录的论文不少于2～3篇。（二）研究基础与工作条件1、研究基础本项目的申请人多年从事传热学教学与相关研究工作，现为华北电力大学在职博士研究生，主要从事相变与多相流体的传热强化与控制研究，已对振荡流热管进行了近2年的研究工作，已有研究基础包括：1）已进行脉冲加热与非均匀截面振荡流热管强化传热的系统研究，已发表（含正式录用）文章3篇，重要国际会议文章3篇，申报发明专利5项。2）课题组成员已有系统进行声空化强化传热研究的基础，国内外发表的重要论文已被SCI收录5篇。3）目前已有开展声空化研究和振荡流热管研究的主要设备，并已开展了前期研究工作。已发表（含正式录用）的文章如下：[1]XianHaizhen,ShangFumin,LiuDengying,DuXiaoze,YangYongping,ExperimentalInvestigationonHeatTransferEnhancementofSEMOSHeatPipe,13thInternationalHeatTransferConference.2006,Australia(Accepted)[2]冼海珍，商福民，刘登瀛，杜小泽，自激振荡流热管脉冲加热强化传热实验研究,《工程热物理学报》第27卷，第三期，2006[3]商福民，冼海珍，刘登瀛，杜小泽，自激振荡流热管变截面结构强化传热实验研究，《工程热物理学报》第27卷，第四期，2006[4]ShangFumin，XianHaizhen，LiuDengying，DuXiaoze．TheHeatTransferEnhancementAnalysisandExperimentalInvestigationofVariableCross-sectionChannelSEMOSHeatPipe[A]，TheSecondInternationalSymposiumonThermalScienceandEngineering（TSE2005）[C]，2005，138-141[5]ShangFumin，XianHaizhen，LiuDengying，DuXiaoze．ExperimentalInvestigationofEnhancedHeatTransferofSelf-ExcitingModeOscillating-FlowHeatPipewithnon-UniformProfileUnderLaserHeating[A]．WITTransactiononEngineeringSciences[C]，2006[6]商福民，冼海珍，刘登瀛，杨勇平，杜小泽，振荡流热管自激强化传热的可行性分析，热能动力工程，2006.2[7]冼海珍，刘登瀛，自激振荡流热管脉冲加热强化传热的分析与前期研究,华北电力大学第二届研究生学术交流年会优秀论文集,39-43,2004已申请并被受理的发明专利如下：[1]发明名称：一种脉冲加热强化自激振荡流热管传热的方法，申请号：200510001978.0[2]发明名称：振荡流热管复合强化太阳能热水器，申请号：200510001977.6[3]发明名称：一种变截面强化自激振荡流热管传热的方法，申请号：200510001979.5[4]发明名称：一种遮阳式振荡流热管太阳能热水器，申请号：200610011156.5[5]发明名称：一种屋顶式振荡流热管太阳能热水器，申请号：200610011153.12、工作条件华北电力大学动力系传热传质研究室具有进行数值模拟计算所需的计算软件和一定的硬件条件，已具备的实验仪器设备包括：（1）多通道量子阱阵列式半导体脉冲激光加热器与步进式脉冲激光加热器各一台。（2）Agilent数据采集器。（3）石英亚沸高纯水蒸馏器。（4）真空机组。（5）热管实验件和实验台。（6）梅特勒－托利多电子天平。（7）超声乳化处理机上述条件已经基本可以满足本课题实验研究的要求。尚缺少的实验仪器设备包括：（1）微型压力传感器，需购置。（2）温度测量仪表，需购置。（3）CCD摄像仪，需购置。3、申请人简历冼海珍：讲师，在职博士研究生1993年7月毕业于武汉水利电力大学电厂热能动力工程专业，获得学士学位并被分配到华北电力大学（北京）工作至今，2002年于华北电力大学（北京）获硕士学位，2004年于华北电力大学（北京）攻读热能工程专业博士学位，主要从事传热传质学研究工作。近期发表与本项目有关的论文5篇，完成内部报告1篇，已申请并被受理5项发明专利。先后参加的主要科研项目有：“热电厂海水淡化技术在解决我国淡水资源问题中的地位和作用”（电力部科研项目，参加人）；“国产3000t/d多级闪蒸海水淡化装置的设计”（电力部科研项目，参加人）；“热电联产环境效益的定量化研究”（美国能源基金会资助项目，参加人）在本项目中承担的任务为：制定研究方案；理论分析；实验设计。近期发表的与本项目有关的学术论文如下：[1]XianHaizhen,ShangFumin,LiuDengying,DuXiaoze,YangYongping,ExperimentalInvestigationonHeatTransferEnhancementofSEMOSHeatPipe,13thInternationalHeatTransferConference.2006,Australia(Accepted)[2]冼海珍，商福民，刘登瀛，杜小泽，自激振荡流热管脉冲加热强化传热实验研究,《工程热物理学报》27卷第三期,2006[3]ShangFumin，XianHaizhen，LiuDengying，DuXiaoze．TheHeatTransferEnhancementAnalysisandExperimentalInvestigationofVariableCross-sectionChannelSEMOSHeatPipe[A]．TheSecondInternationalSymposiumonThermalScienceandEngineering（TSE2005）[C]，2005，138-141[4]冼海珍，刘登瀛，自激振荡流热管脉冲加热强化传热的分析与前期研究,华北电力大学第二届研究生学术交流年会优秀论文集,39-43,2004[5]商福民，冼海珍，刘登瀛，杜小泽．自激振荡流热管变截面结构强化传热实验研究，《工程热物理学报》第27卷，第四期，2006已申请并被受理的发明专利如下：[1]发明名称：一种脉冲加热强化自激振荡流热管传热的方法，申请号：200510001978.0，第一发明人。[2]发明名称：振荡流热管复合强化太阳能热水器，申请号：200510001977.6，第二发明人。[3]发明名称：一种变截面强化自激振荡流热管传热的方法，申请号：200510001979.5，第三发明人。[4]发明名称：一种遮阳式振荡流热管太阳能热水器，申请号：200610011156.5，第一发明人。[5]发明名称：一种屋顶式振荡流热管太阳能热水器，申请号：200610011153.1，第二发明人。刘登瀛：教授。1961年重庆大学热能动力装置专业毕业；1961年至2003年，在中科院工程热物理所工作，历任研究员、美国Drexel大学访问学者、博士生导师、所学术委员会副主任等；2003年至今，任华北电力大学（北京）动力工程系教授、博士生导师。已主持完成国家自然科学基金重点项目1项，面上项目3项、中科院基础研究重大项目1项，以及国家973重大项目等。先后在国内外发表论文180篇，其中被SCI、EI收录44篇。在本项目中承担的任务为：理论分析；实验设计。近期发表的与本项目有关的学术论文如下：[1]D.W.Zhou,D.Y.Liu,P.Cheng,Boilingheattransfercharacteristicsfromahorizontaltubeembeddedinaporousmediumwithacousticexcitation,JournalofEnhancedHeatTransfer,2004,Vol.11,IS.3,PP.231-248[2]D.W.Zhou,D.Y.Liu,Heattransfercharacteristicsofnanofluidsinanacousticcavitationfield,HeatTransferEngineering,2004,Vol.25,IS.3,pp.54-61周乐平：博士，副教授2004年清华大学热能工程系动力工程及工程热物理专业毕业，获博士学位，2004年至2006年3月在中国科学院工程热物理所从事博士后研究，目前在华北电力大学动力工程系工作。主要从事微细尺度传热、传热传质强化以及纳米流体强化传热研究。先后参加的主要科研项目有：纳米颗粒悬浮液热物理性质的基础研究（2000.09-2004.03，国家自然科学基金项目59995553-3）；表面下微尺度热结构测量方法研究（2004.03-2006.03，国家自然科学基金项目50376066）；微纳米尺度半导体热结构对材料导热行为的影响研究（中国博士后科学基金2005037112）。在本项目中承担的任务为：理论分析，数值模拟。近期发表的与本项目有关的学术论文如下：[1]ZhouLe-Ping,TangDa-Wei.ReducingtheThermalDeformationofMirrorsinHighPowerLaserSystemsbyFunctionallyGradedMaterials--FiniteElementAnalysis.J.Phys.D.Appl.Phys.,2006(submitted.articlenumber210756)[2]ZhouLe-Ping,TangDa-Wei.CoupledFiniteElementAnalysisofGeneralizedThermoelasticityinSemi-InfiniteMedium.Trans.JSMEB,2006(accepted)[3]ZhouLe-Ping,TangDa-Wei,WuBang-Xian,QianHua-Shan.DynamicThermoelasticBehaviorofMetalThinFilmunderTransientLaserHeating.Trans.JSMEB,2006(submitted)[4]WangBu-Xuan,ZhouLe-Ping,PengXiao-Feng.AFractalModelforPredictingtheEffectiveThermalConductivityofLiquidwithSuspensionofNanoparticles.Int.J.HeatMassTransf.2003,46:2665-2672(SCI收录)[5]WangBu-Xuan,ZhouLe-Ping,PengXiao-Feng.AFractalModelfortheEffectiveThermalConductivityofN