项目简介 | 本项目属于工程传热、传质学科。
解决世界性能源与环境难题,亟需提高能源利用效率,这给传热学学科提出了两方面新的挑战:1) 现有传热学只有传热强化技术,而无提高能效的传热优化技术;2)传热学中的傅里叶导热定律和牛顿冷却定律等基本上都是实验性的唯象定律,没有传热能效优化等理论体系,为此传热学学科需发展和完善。因此,本项目通过提出系列新物理量,发现新原理,建立新的分析和优化方法,发展新的能效优化技术和设备,从而使传热学逐步成为具有独立知识体系的分析型学科。主要发现点包括:
1)提出了新物理量——火积、火积耗散率、火积耗散热阻。通过比拟法和演绎法,提出了传热学的新物理量——火积(“火积”是一个新造汉字,新造英文词为Entransy),阐明了火积代表不可压物体传递热量的能力;从爱因斯坦能-质关系阐明了火积是物体中热质势能的简化式,具有势能的特性;发现了火积在传热过程中存在耗散而不守恒,证明了火积耗散率是导热过程的李雅普诺夫函数,揭示了火积耗散率是传热不可逆性的量度;火积耗散热阻则解决了传统热阻只适用于一维、无内热源传热过程的难题,能简化复杂传热问题的热分析。
2)发现了新原理。基于火积耗散,阐明了线性导热过程的作用量是火积耗散而非熵产,发现了传热过程的最小作用量原理,由此可导出傅里叶导热定律;发现了不可压孤立系统的火积减原理,从而阐明了非稳态传热过程的演化机制;建立了导热、对流和辐射传热过程的火积平衡方程,导出了火积耗散热阻与传热性能的定量关系式,从而提出了传热过程能效优化的最小火积耗散热阻原理。
3)建立了新的分析和优化方法。基于变分原理,并以火积和火积耗散作为核心物理量,类似于分析力学建立了导热、对流、辐射传热过程全局优化的能量法;分别导出了温度梯度均匀性原则、对流换热场协同方程以及换热器温差场均匀性原理;应用于实际换热过程,开发了仿生双连树形管束式凝汽器等系列传热优化新技术。
发表SCI期刊论文109篇,出版专著1部,授权发明专利11项(国际4项),6篇代表性论文总他引1409次,SCI他引923次,在国际会议作plenary/keynote报告12次。火积被汤森路透公司的ESI数据库列为Research Front,2014年将其列为数学、计算机科学与工程领域TOP10热点前沿。完成人过增元入选汤森路透2014和2015年全球高被引科学家,陈群连续5年入选Elsevier中国高被引学者。并且,相关技术已在中国散裂中子源和华电集团等单位的产品中成功应用。
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