第一章傳熱學(xué)與流體力學(xué)結(jié)合的背景與意義第二章熱傳導(dǎo)與流體動力學(xué)的相互作用機(jī)制第三章TFM在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用與優(yōu)化第四章微納尺度TFM的物理機(jī)制與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第五章非牛頓流體與TFM的耦合問題第六章TFM的智能化設(shè)計(jì)與未來展望01第一章傳熱學(xué)與流體力學(xué)結(jié)合的背景與意義傳熱學(xué)與流體力學(xué)結(jié)合的必要性在全球能源危機(jī)日益加劇的背景下，傳統(tǒng)化石能源的消耗占比仍然高達(dá)80%（IEA,2023）。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，傳熱學(xué)與流體力學(xué)（TFM）的結(jié)合成為提升能源轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵技術(shù)。以國際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）的超級計(jì)算機(jī)“Summit”為例，其冷卻系統(tǒng)采用了微通道流體力學(xué)設(shè)計(jì)，通過強(qiáng)化對流換熱將CPU溫度控制在35°C以下，功率密度提升至300W/cm3。這種結(jié)合不僅提高了能源利用效率，還減少了能源浪費(fèi)，為可持續(xù)發(fā)展提供了新的途徑。此外，傳熱學(xué)與流體力學(xué)的結(jié)合在工業(yè)生產(chǎn)中也具有重要意義。傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)往往效率低下，能耗高，而通過TFM技術(shù)優(yōu)化的冷卻系統(tǒng)可以顯著降低能耗，提高生產(chǎn)效率。例如，在半導(dǎo)體制造過程中，芯片的散熱效率直接影響著生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。通過TFM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)芯片的高效散熱，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。傳熱學(xué)與流體力學(xué)的結(jié)合在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅能夠提高能源利用效率，還能夠減少環(huán)境污染，為構(gòu)建綠色、可持續(xù)的未來提供技術(shù)支持。傳熱學(xué)與流體力學(xué)的基本關(guān)聯(lián)機(jī)制熱力學(xué)第二定律視角流體力學(xué)中的雷諾數(shù)多物理場耦合傳熱速率與熵增率的關(guān)系湍流強(qiáng)度對傳熱的影響浮力項(xiàng)在傳熱中的作用傳熱學(xué)與流體力學(xué)結(jié)合的典型工程案例芯片制造中的TFM應(yīng)用強(qiáng)化對流換熱提高效率風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的TFM技術(shù)優(yōu)化冷卻系統(tǒng)提高發(fā)電量核能系統(tǒng)中的TFM應(yīng)用提高冷卻效率確保安全運(yùn)行傳熱學(xué)與流體力學(xué)結(jié)合的優(yōu)化方向人工智能驅(qū)動的動態(tài)控制新材料突破多能源耦合系統(tǒng)的熱力網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)提高系統(tǒng)運(yùn)行效率開發(fā)新型耐腐蝕材料提高系統(tǒng)在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性延長系統(tǒng)使用壽命設(shè)計(jì)高效的熱力網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)提高能源利用效率02第二章熱傳導(dǎo)與流體動力學(xué)的相互作用機(jī)制多孔介質(zhì)中的傳熱現(xiàn)象多孔介質(zhì)中的傳熱現(xiàn)象是一個(gè)復(fù)雜的多物理場耦合問題，涉及到流體力學(xué)、熱力學(xué)和材料科學(xué)的交叉領(lǐng)域。在多孔介質(zhì)中，流體通過孔隙流動，同時(shí)與孔隙壁發(fā)生熱量交換。這種傳熱現(xiàn)象在許多工程應(yīng)用中都非常重要，例如石油開采、地?zé)崮芾煤蜕锝M織熱傳導(dǎo)等。在石油開采中，通過注入高溫蒸汽可以改變多孔介質(zhì)中的滲透率，從而提高石油的開采效率。在地?zé)崮芾弥?，通過多孔介質(zhì)的熱交換可以提高地?zé)崮艿睦眯?。在生物組織熱傳導(dǎo)中，多孔介質(zhì)的熱傳導(dǎo)特性對于理解和治療某些疾病非常重要。為了更好地理解和控制多孔介質(zhì)中的傳熱現(xiàn)象，需要采用多物理場耦合的方法進(jìn)行分析和模擬。這種方法可以綜合考慮流體力學(xué)、熱力學(xué)和材料科學(xué)的因素，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測和控制多孔介質(zhì)中的傳熱過程。邊界層傳熱中的流固耦合平板層流邊界層湍流邊界層表面潤濕性調(diào)控普朗特?cái)?shù)對傳熱的影響激波/邊界層干擾對傳熱的影響表面能密度對傳熱的影響相變強(qiáng)化傳熱的流場調(diào)控微通道內(nèi)的沸騰傳熱核態(tài)沸騰的傳熱系數(shù)微通道膜蒸餾提高水蒸氣通量微型熱電發(fā)電機(jī)TFM優(yōu)化的熱管理設(shè)計(jì)相變傳熱的研究難點(diǎn)與突破方向非等溫相變微尺度相變量子限域效應(yīng)馬赫數(shù)效應(yīng)的影響相變界面溫度梯度熱阻的降低分子尺度下的熱傳導(dǎo)毛細(xì)作用的影響實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法熱傳導(dǎo)的非連續(xù)躍遷表面粗糙度的影響實(shí)驗(yàn)測量技術(shù)03第三章TFM在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用與優(yōu)化核能系統(tǒng)的熱工水力特性核能系統(tǒng)的熱工水力特性是一個(gè)復(fù)雜的多物理場耦合問題，涉及到核反應(yīng)動力學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的知識。在核能系統(tǒng)中，熱工水力特性主要是指核反應(yīng)堆冷卻劑的熱力學(xué)性質(zhì)和流體力學(xué)特性。核反應(yīng)堆冷卻劑的熱力學(xué)性質(zhì)包括密度、比熱容、熱導(dǎo)率、粘度等，這些性質(zhì)直接影響著核反應(yīng)堆的安全性和經(jīng)濟(jì)性。核反應(yīng)堆冷卻劑的流體力學(xué)特性包括流速、壓力、溫度等，這些特性直接影響著核反應(yīng)堆的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。為了更好地理解和控制核能系統(tǒng)的熱工水力特性，需要采用多物理場耦合的方法進(jìn)行分析和模擬。這種方法可以綜合考慮核反應(yīng)動力學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的因素，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測和控制核能系統(tǒng)的熱工水力特性。火力發(fā)電廠的熱效率極限朗肯循環(huán)優(yōu)化聯(lián)合循環(huán)（CCGT）湍流燃燒省煤器出口溫度的提高水冷燃燒室的應(yīng)用化學(xué)鏈反應(yīng)速率的提高可再生能源的熱管理技術(shù)光伏組件液冷組件的效率提升風(fēng)力發(fā)電散熱系統(tǒng)的優(yōu)化地?zé)岚l(fā)電廠TFM優(yōu)化的換熱器設(shè)計(jì)能源系統(tǒng)TFM優(yōu)化的未來趨勢量子熱管理生物啟發(fā)設(shè)計(jì)多物理場耦合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制策略量子熱機(jī)的概念原子熱運(yùn)動的操控實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果仿生血管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)微型器官的熱管理體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果物理可解釋性實(shí)時(shí)控制算法系統(tǒng)優(yōu)化效果04第四章微納尺度TFM的物理機(jī)制與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證微通道中的流體行為異常微通道中的流體行為異常是一個(gè)復(fù)雜的多物理場耦合問題，涉及到流體力學(xué)、熱力學(xué)和材料科學(xué)的交叉領(lǐng)域。在微通道中，流體通過狹窄的通道流動，同時(shí)與通道壁發(fā)生熱量交換。這種傳熱現(xiàn)象在許多工程應(yīng)用中都非常重要，例如微型電子設(shè)備散熱、生物芯片和微流控系統(tǒng)等。在微型電子設(shè)備散熱中，通過微通道的熱交換可以提高散熱效率，從而提高設(shè)備的穩(wěn)定性和壽命。在生物芯片中，微通道的熱傳導(dǎo)特性對于理解和治療某些疾病非常重要。在微流控系統(tǒng)中，微通道的熱傳導(dǎo)特性對于實(shí)現(xiàn)精確的流體控制和熱管理非常重要。為了更好地理解和控制微通道中的流體行為異常，需要采用多物理場耦合的方法進(jìn)行分析和模擬。這種方法可以綜合考慮流體力學(xué)、熱力學(xué)和材料科學(xué)的因素，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測和控制微通道中的流體行為異常。多孔介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)對傳熱的影響孔隙尺度傳熱表面潤濕性調(diào)控實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證雷諾數(shù)對傳熱的影響毛細(xì)作用的影響微觀結(jié)構(gòu)的影響微尺度沸騰傳熱的獨(dú)特現(xiàn)象微通道內(nèi)的沸騰傳熱核態(tài)沸騰的傳熱系數(shù)微通道膜蒸餾提高水蒸氣通量微型熱電發(fā)電機(jī)TFM優(yōu)化的熱管理設(shè)計(jì)微納尺度TFM研究的挑戰(zhàn)與方向尺度效應(yīng)多物理場耦合需解決的關(guān)鍵問題連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的失效量子限域效應(yīng)的影響實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法電場力與浮力的影響剪切稀化效應(yīng)實(shí)時(shí)控制策略多物理場耦合的建模實(shí)驗(yàn)測量技術(shù)系統(tǒng)優(yōu)化算法05第五章非牛頓流體與TFM的耦合問題血液流變特性對傳熱的影響血液流變特性對傳熱的影響是一個(gè)復(fù)雜的多物理場耦合問題，涉及到流體力學(xué)、熱力學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程等多個(gè)領(lǐng)域的知識。在生物醫(yī)學(xué)工程中，血液流體的流變特性直接影響著血液在血管中的流動和傳熱過程。例如，血液的粘度、剪切率等參數(shù)的變化會導(dǎo)致血液在血管中的流動狀態(tài)和傳熱效率發(fā)生改變。因此，研究血液流變特性對傳熱的影響對于理解和治療心血管疾病非常重要。為了更好地理解和控制血液流變特性對傳熱的影響，需要采用多物理場耦合的方法進(jìn)行分析和模擬。這種方法可以綜合考慮血液流體的流變特性、血管的結(jié)構(gòu)和功能、以及血液流動和傳熱過程中的熱力學(xué)和流體力學(xué)因素，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測和控制血液流體的傳熱過程。懸浮液的非牛頓效應(yīng)納米流體泥漿泵送生物懸浮液Al?O?/水納米流體的傳熱系數(shù)多孔介質(zhì)中的傳熱效率血液透析系統(tǒng)的熱管理剪切稀化流體的傳熱強(qiáng)化高剪切混合器強(qiáng)化對流換熱微流控芯片TFM優(yōu)化的熱管理食品加工廠TFM優(yōu)化的冷卻系統(tǒng)非牛頓流體TFM研究的挑戰(zhàn)與方向流變模型精度實(shí)驗(yàn)測量難點(diǎn)需解決的關(guān)鍵問題多尺度流變模型的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果誤差分析測量技術(shù)響應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合多物理場耦合算法材料性能優(yōu)化06第六章TFM的智能化設(shè)計(jì)與未來展望智能材料在TFM中的應(yīng)用智能材料在TFM中的應(yīng)用是一個(gè)復(fù)雜的多物理場耦合問題，涉及到材料科學(xué)、控制理論和智能系統(tǒng)的交叉領(lǐng)域。在TFM中，智能材料可以通過實(shí)時(shí)響應(yīng)環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)對傳熱過程的主動調(diào)控。例如，相變聚合物（PCMs）在相變過程中釋放潛熱，可以用于制作自調(diào)溫材料，使設(shè)備溫度保持恒定。形狀記憶合金（SMA）在通電時(shí)發(fā)生相變，可以用于制作智能閥門，根據(jù)溫度變化自動調(diào)節(jié)流量。這些智能材料的應(yīng)用可以顯著提高TFM系統(tǒng)的效率和可靠性，為能源轉(zhuǎn)換和熱管理提供新的解決方案。人工智能輔助的TFM優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化強(qiáng)化學(xué)習(xí)應(yīng)用案例強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)智能熱管理系統(tǒng)多物理場耦合的智能化控制壓電材料應(yīng)用主動熱補(bǔ)償光纖傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測多能源耦合系統(tǒng)熱力網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化TFM的未來發(fā)展方向量子熱管理生物啟發(fā)設(shè)計(jì)需解決的關(guān)鍵問題量子熱機(jī)的概念實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果技