中文摘要：

粘弹性流体诱发高雷诺数下的湍流减阻和极低雷诺数下的弹性湍流现象，以及纳米流体的增强基液导热能力并强化其对流换热现象，已被学术界所认识。本项目创新性地提出把粘弹性流体和纳米流体的特性相结合的思想，研究粘弹性流体基纳米流体的热流动特性，以期获得更具独特功效的新型热流动工质。首先，研究粘弹性流体基纳米流体的配制方法及其稳定性，并详细测量其流变学物性及热导率，建立理论模型。其次，研究该种流体在常规尺度流道内高雷诺数下的湍流减阻流动特性、在极低雷诺数下的弹性湍流诱发条件及特性，以及在微通道内诱发混沌流动并强化混合的效果。最后，研究该种流体在高雷诺数湍流流态及微通道内低雷诺数流态下的强化对流换热特性。本项目的研究成果是对粘弹性流体湍流减阻和弹性湍流发生机理的深入认识，也有助于进一步研究纳米流体增大热导率和强化对流换热机理；研究得到的粘弹性流体基纳米流体稳定体系将为诸多应用领域提供新型的热流动工质。

结论摘要：

粘弹性流体诱发高雷诺数下的湍流减阻和极低雷诺数下的弹性湍流现象，以及纳米流体的增强基液导热能力并强化其对流换热现象，已被学术界所认识。本项目创新性地提出把粘弹性流体和纳米流体的特性相结合的思想，研究粘弹性流体基纳米流体（VFBN）的热流动特性，以期获得更具独特功效的新型热流动工质。在本项目执行过程中，确立了基于两步法的VFBN配制方法，所采用的粘弹性流体基液为十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）辅之以等质量浓度的水杨酸钠（NaSal）水溶液，试验了铜、二氧化钛、碳化钛、银、多壁碳纳米管纳米粒子，并通过实验详细研究了所配制的VFBN的稳定性、内部微观结构特征、导热系数和流变学物性，在实验基础上，建立了纳米流体通用导热系数理论模型。搭建了纳米流体流动与换热特性实验台，实验结果表明，所测量的VFBN湍流流动均有湍流减阻效果，而且在一定工况下，相比于粘弹性流体基液湍流流动，加入纳米粒子之后对流换热得到强化，说明相比于表面活性剂溶液湍流减阻流动，利用所配制的VFBN既可获得湍流减阻效应（相比于水），又可获得强化对流换热效应（相比于粘弹性流体基液），达到了开展本项目研究的目的。提出了考虑纳米粒子效应的热扩散模型，并采用Giesekus本构模型描述粘弹性流体，建立了VFBN湍流对流换热的直接数值模拟（DNS）模拟方法。DNS结果表明，VFBN所得到的湍流减阻特性与粘弹性流体基液湍流减阻特性一致，湍流减阻诱发机理也相同。通过对VFBN湍流速度场和温度场进行统计分析，阐明了该种流体湍流对流换热特性及其发生机理。针对极低雷诺数弹性湍流，率先建立DNS模拟技术。利用DNS实现了弯曲微通道及直通道内的粘弹性流体纯弹性（流动雷诺数为1的量级）诱发流动不稳定和弹性湍流流动，实现了弯曲微通道及直通道内极低雷诺数流动工况下的流动混合强化效果，研究了弹性湍流的诱发机理。在本国家自然科学基金项目的资助下，出版英文专著1 部、中文专著1部，发表学术论文 32 篇，其中SCI论文 15 篇、EI论文 12 篇（其中 10 篇为SCI、EI双检索）、ISTP论文 2 篇；申请国家发明专利 2 项；参加国际学术会议 7 人次、国内相关学术会议 8 人次，聘请国外专家来华交流讲学 3 人次；培养博士生 4 名（其中已毕业并获得博士学位 2 名，另外 2 名为在读博士生）、硕士生 3 名（已获得硕士学位）。