中美高校本科教育的比较和思考

教育是民族振兴、社会进步的重要基石,在新时代背景下进一步提高我国高等教育质量和水平,为中国特色社会主义现代化建设提供可靠的人才保障和智力支撑,对于实现中华民族伟大复兴的宏伟目标具有举足轻重的决定性作用。美国是世界头号科技强国,分析研究其高等教育特征对于提升我国高等教育质量、促进我国高等教育改革具有重要的借鉴意义。文章通过对比中美高校在本科教育理念与培养目标、课程考核与教学模式以及学生投入程度等多方面的异同,思考我国本科教育的进步空间,为新时代背景下我国高等院校本科教育的改革方向提供思路。

受限微结构对低表面张力液滴合并弹跳的影响

设计并制备了CuO纳米结构和矩形微槽相结合的层级微槽超疏水表面,采用去离子水、质量分数为8%和16%的乙醇溶液为工质,研究了三种表面张力的单个液滴在微槽内的受限生长特征以及槽内变形液滴与槽外正常液滴的合并弹跳行为,探讨了受限微结构对较低表面张力液滴合并弹跳的影响。结果表明,在Laplace压力差的驱动下,微槽内受限变形的水滴发生自弹跳行为,随着溶液中乙醇浓度的提升,液体表面张力减小,表面对液滴的吸附增强,乙醇质量分数为8%和16%的槽内变形液滴不发生自弹跳,而是爬升并悬浮于微槽上方。受限微结构对液滴合并弹跳的强化作用随液体表面张力的减小而减弱,与去离子水相比,乙醇质量分数为8%和16%的受限变形液滴与槽外正常液滴的合并弹跳速度分别降低了26.7%和75.9%,能量转化效率分别降低了17.8%和90%。

多孔基体开放结构微通道流动沸腾特性研究

电子技术和储能技术的快速发展导致电子设备或储能装置的产热量和热流密度不断增加,将热量高效移除是保证系统运行可靠性的关键,微通道流动沸腾作为极具应用潜力的散热方式之一,进一步提升两相微通道热沉换热性能具有重要意义。本文利用45μm直径球形铜粉颗粒烧结多孔材料基体并制作开放型微通道热沉,以去离子水为工质,研究多孔基体开放结构微通道流动沸腾特性,发现在本文研究工况范围内出现泡状流、气弹–气塞流和周期性分层流三种流型。低质量流速时多孔基体表现出对流动沸腾换热的强化作用,而高质量流速则相反,体现了多孔基体对相变传热、单相对流传热和固体导热等多种传热机理影响的耦合竞争关系。尽管多孔基体对于开放结构微通道流动沸腾换热性能的影响具有多重复杂性,但对于流动沸腾传热的优势会随着热流密度提升和壁面过热度的增加开始凸显。

微通道流动沸腾气泡受限特性实验研究

本文利用可视化手段实验研究矩形截面微通道(1 mm×0.5 mm)内发生流动沸腾时气泡的生长及受限现象。实验使用去离子水为工质,气泡受限过程由高速CCD相机观察并记录。研究发现,气泡高度方向通道壁面的存在对气泡在该方向的生长产生强烈的限制作用,气泡生长后期顶端气液界面在并未与限制壁面接触时其曲率便明显减小,壁面对气泡生长的限制作用通过其对气泡界面施加一个壁面限制力而体现.通过对比不同运行工况条件下的气泡受限现象,分析讨论了气泡受限过程中其界面形状变化规律及影响因素。

微通道过冷流动沸腾气泡滑移特性研究

利用可视化手段实验研究矩形截面微通道过冷流动沸腾中的气泡滑移现象。实验使用截面尺寸为1 mm×1 mm的铜基微通道,使用工质为去离子水,气泡滑移过程由高速CCD相机观察并记录。实验研究发现,微通道过冷流动沸腾中的气泡滑移过程可区分为低速滑移阶段和高速滑移阶段,在不同阶段气泡直径、气泡接触直径以及气泡滑移速度具有不同的变化特点,而且气泡的最大滑移速度发生于气泡脱离通道壁面而进入主流的时刻。同时研究了运行工况对于气泡滑移过程的影响,发现滑移气泡的最大滑移距离和最大滑移速度均随沸腾数Bo的增加而增大。

石膏浆滴在PTFE疏液表面润湿特性的可视化研究

燃煤电厂膜法烟气水回收技术是实现节水的有效措施。然而,烟气中含有的石膏浆滴会堵塞复合膜、降低其水分回收能力,在复合膜前装设疏液表面用以提前捕集石膏浆滴,或可成为有效解决办法。利用聚四氟乙烯材料(PTFE)制作疏液表面,并实验研究石膏浆滴在其上的动力学行为特征,包括撞击、铺展和滑落等,可视化研究表面微槽结构对石膏浆滴撞击表面动力学行为特征影响,发现在PTFE表面增加微米沟槽能够进一步提高表面的疏液性,且顺向布置沟槽有利于浆滴快速脱落捕集并减轻表面污染。

环形小通道内过冷沸腾的气泡行为研究

本文对去离子水在竖直环形小通道内流动过冷沸腾时的气泡行为进行了可视化研究,观察到了气泡在流动沸腾过程中的生长,合并,脱离,滑移及气泡脱离壁面后的运动等现象,并结合气泡动力学理论模型及气泡滑移模型,对实验结果进行了对比分析,总结了本实验通道中气泡行为的特性。

具有梯度结构吸液芯的均热板传热特性

均热板是电子器件散热方案中常见的传热元件,而吸液芯结构是影响均热板传热性能的重要因素。本文将吸液芯划分为核心热源区和工质回流区,使用40μm、75μm和110μm三种粒径的球形铜粉和非球形铜粉开发三种热源区和回流区具有不同毛细性能的梯度结构吸液芯,并以均热板热阻和蒸发侧平均温度为指标开展对应均热板的传热性能测试。实验结果显示,对于两种单粒形双粒径吸液芯,使用较大粒径铜粉烧结核心热源区能有效提高均热板传热性能,且高充液率时传热性能相对较好。而双粒形双粒径梯度结构吸液芯能更好地平衡毛细力和渗透率对工质回流的影响,对应均热板传热性能最好,在实验最高加热功率时均热板总热阻比其他两种单粒形均热板最大降低约91%,并且最佳充液率适中,表明采用双粒形双粒径吸液芯可大幅提高均热板传热性能。

微纳米结构超疏水表面低浓度乙醇液滴的合并弹跳

本文以去离子水、质量分数为8%和16%的低浓度乙醇溶液为工质,研究了液体表面张力对液滴在平超疏水和层级微槽超疏水表面合并弹跳的影响,揭示液体表面张力变化引起液滴合并过程中与表面结构相互作用的改变,为实现低表面张力工质的动力学行为调控研究提供前期探索。研究发现,在平超疏水表面,质量分数为8%和16%的乙醇液滴合并弹跳过程由惯性效应主导,合并弹跳速度遵循惯性毛细定律,无量纲速度为0.23~0.27,能量转化效率为5.6%~6%。液体表面张力的减小导致平超疏水表面液滴合并弹跳速度的减小,并未影响液滴合并过程中内部动量的传递机制。在层级微槽超疏水表面,槽道边缘增强的黏附作用改变了乙醇液滴合并过程的形态演变,影响了其内部动量的传递,导致液滴合并弹跳速度和能量转化效率降低。随着液体表面张力的减小,液滴间凸台结构对合并弹跳性能的强化作用减弱,而凹槽结构对合并弹跳性能的恶化作用增强。

多孔材料微通道流动沸腾可视化实验研究

微通道换热器因其结构紧凑、换热能力高、工质消耗少等优点成为解决微小空间“散热难”问题的有效途径之一,采用多孔材料制作的微通道热沉能够极大地增加换热面体比,因而可以进一步提高其换热能力。本文利用可视化手段对槽道翅片顶部与盖板间留有狭缝、通道截面为矩形(400µm×600µm)的开放型多孔微通道的流动沸腾现象进行实验研究。研究发现,多孔材料表面及内部形成的大量连通孔穴使得通道中核化位点明显增多,观察到的流型除泡状流、弹状流、段塞流外,还有由于开放通道上方存在狭缝所导致的混合分层气泡流。汽化核心密度增加以及混合分层气泡流的出现增强了微通道内的核态沸腾、微对流和微液膜蒸发,从而增强微通道流动沸腾的换热能力并有效降低壁面过热度。