研究生創新基金答辯報告目錄1選題背景及意義2研究現狀與分析3擬開展的研究工作4項目的創新和特色5研究基礎和條件目錄2研究現狀與分析3擬開展的研究工作4項目的創新和特色5研究基礎和條件

選題背景及意義納米流體，即以一定的方式和比例在液體中添加納米級金屬或金屬氧化物粒子，形成一類新的傳熱工質。優點：強化的傳熱速率、較大的導熱系數、較為穩定的懸浮狀態。在強化傳熱領域具有十分廣闊的應用前景和潛在的重大經濟價值，被稱為未來的冷卻散熱技術。

。微電子技術航天器熱控制發動機冷卻

選題背景及意義納米流體流動與能量傳遞的數學本質是一類復雜的多場耦合問題。流場Navier-Stokes方程溫度場濃度場

選題背景及意義（a）宏觀尺度（b）介觀尺度（c）微觀尺度宏觀分析方法：在連續介質假設下研究納米流體流動與能量傳遞。缺點：難以描述粒子微運動對納米流體流動與能量傳遞的作用機制，不易刻畫多場耦合、尺度關聯的本質。微觀分析方法：利用直接的分子動力學模擬納米流體流動與能量傳遞。缺點：計算規模過大，耗時極長。7高效的數值方法:格子Boltzmann方法（LBM）易于處理復雜邊界實現簡單，計算效率高與傳統方法相比的優勢介觀LBM天然并行性LBM研究納米流體具有很大的優勢和潛力!

宏觀(CFD)

微觀(MD)

選題背景及意義8基本思想：流體微團為演化對像，對空間、時間、速度進行離散，對流體微團分布函數進行迭代演化

選題背景及意義9LBM程序的一般結構：1.初始化分布函數:2.碰撞：3.流動：4.計算宏觀量：5.重復2-4,直到滿足終止條件。:t

時刻在x格點i方向流體分布函數:局部平衡態分布函數，為宏觀密度和速度函數

選題背景及意義目錄1選題背景及意義2研究現狀與分析3擬開展的研究工作4項目的創新和特色5研究基礎和條件缺乏交叉擴散效應(即Soret和Dufour效應的影響)對納米流體流動與能量傳遞影響的報道。缺乏高Rayleigh數（即流體狀態趨向湍流）情況下納米流體流動與能量傳遞的研究。鮮有三維真實情況下納米流體流動與能量傳遞問題的報道。存在的不足：

研究現狀與分析自然對流Duiet

etal.(2011)對底部受熱的扁平腔體內納米流體流動問題進行了一系列研究。……混合對流Mehtizi

etal.(2012)研究了納米粒子的懸浮問題，并詳細討論了受熱源位置和不同邊界條件對傳熱的影響。……強迫對流目錄1選題背景及意義2研究現狀與分析3擬開展的研究工作4項目的創新和特色5研究基礎和條件針對已有研究的不足擬開展的工作發展一類數值穩定性好的格子Boltzmann模型用于模擬高Rayleigh數情況下納米流體流動與能量傳遞問題構建一類用于描述帶有交叉擴散效應的納米流體流動與能量傳遞的格子Boltzmann模型用于分析Soret和Dufour效應對納米流體流動和傳質傳熱的影響基于由NVIDIA公司開發的CUDA高效運算平臺，編制上述相關模型的并行程序用于模擬三維真實情況下納米流體流動和能量傳遞問題

擬開展的研究工作目錄1選題背景及意義2研究現狀與分析3擬開展的研究工作4項目的創新和特色5研究基礎和條件針對已有研究的不足擬開展的工作

項目的創新與特色采用介觀分析的方法研究納米流體流動與能量傳遞的微觀機理。

有效克服了宏觀分析方法和微觀直接分子動力學模擬的劣勢發展適用于納米流體流動與能量傳遞的更加穩定、高效的LB模型。

人們通常會選擇MRT模型作為提高LB方法穩定性的手段，但該模型涉及多種松弛參數，且沒有通用的最優準則，本項目致力于發展一類新的LB方法克服上述缺陷。考慮交叉擴散效應對納米流體流動和能量傳遞的影響。

Soret和Dufour效應通常作為第二物理現象而被眾多研究者忽略，而事實上當溫度和濃度梯度過大時不容忽略，本項目將數值研究該問題并給出相關物理解釋。基于CUDA運算平臺，設計高效的并行算法。當前有關納米流體的研究大多集中在二維，計算效率是導致這一問題的主要原因，本項目致力于設計高效的并行算法，數值模擬三維真實的納米流體流動與能量傳遞問題。目錄1選題背景及意義2研究現狀與分析3擬開展的研究工作4項目的創新和特色5研究基礎和條件針對已有研究的不足擬開展的工作

研究基礎和條件針對變系數對流擴散方程，已構造出穩定性好且精度高的正則化格子Boltzmann模型,相關研究成果發表在《Phys.Rev.E》（SCIA類期刊）上。針對已有研究的不足擬開展的工作

研究基礎和條件為提高LB計算效率，已構建一類區域分裂的格子Boltzmann方法，相關研究成果發表在《Comput.Math.Appl.》（SCIA類期刊）上。針對已有研究的不足擬開展的工作

研究基礎和條件良好的CUDA編程經驗。

（a）三維方腔流（b）動脈瘤中的血液流動由于”復雜系統仿真中心”在GPU算法設計方面的突出工作，華中科技大學還在2013-2015年被NVIDIA公司授予“GPU教學中心”。針對已有研究的不足擬開展的工作

研究基礎和條件已建立用于求解帶有交叉擴散效應的雙擴散自然對流的LB模型，并初步探索了高Rayleigh數下雙擴散自然對流的傳質傳熱過程。

姓名職稱施保昌博導，教授汪壘博士武琛博士孟旭輝博士王會利博士郭秀婭博士

本項目人員：課題設備：