​

 

IMFTF Keynote Meeting (10) Schedule

Date & Time: Fri, 30 Sept. 2022, 19:00

 

Chair:                       

Professor Wang Haigang

Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences

 

Programme:

Opening

(19:00  –  19:10  Beijing  Time)

Keynote Speech 1

(19:10  –  19:50  Beijing  Time)

Professor Jinliang Xu

North China Electric Power University

Q&A                                              

(19:50 – 20:10 Beijing Time)

 

Keynote Speech 2

(20:10 – 20:50 Beijing Time)

Assistant Professor Christopher M. Boyce

Columbia University

Q&A

 (20:50  –  21:10  Beijing  Time)

Discussions, closing

 (21:10  –  21:20  Beijing  Time)

TBD

 

Platform:  Zoom

https://us02web.zoom.us/j/6552159716?pwd=aGxmMDFxRUIxWlFJZllEUThzQ0h2dz09

Meeting ID: 655 215 9716

Passcode: 220930

 

Organizer:

  International Multiphase Flow Technology Forum

  China University of Petroleum-Beijing

  Chinese Society of Particuology

 

 

 

 

Keynote Speech

Dropwise condensation on nanostructured surface

Professor Jinliang Xu

North China Electric Power University

 

Superhydrophobic nanostructure surface behaves the lotus effect to promote droplet detachment. Thus, it was once regarded as the promising surface to enhance dropwise condensation. Here, dropwise condensation on superhydrophobic nanostructure was investigated in following ways: (1) long-term dropwise condensation experiment, (2) effect of different droplet detachment modes on heat transfer, and (3) comprehensive dropwise condensation model. On fresh nano-grasses surface, two heat transfer regimes are identified: (1) higher heat transfer coefficients with droplet jumping, and (2) constant heat transfer coefficients with droplet rolling. Compared with smooth hydrophobic surface, the nano-grass surface holds smaller droplet departure size but lower heat transfer coefficients. The one-week long term operation changes the jumping or rolling mode to sliding mode, yielding nano-grasses breakage and heat transfer deterioration. 

Practically, the practical droplet detachment size is selected as the minimum value among those predicted by sliding, rolling and jumping. The criterion equations are established for onset of sliding and rolling independently. Coupling the two criterion equations yields the mode selection criterion between sliding and rolling, expressed in dimensionless parameters. It is found that the transition between rolling and sliding is only dependent on equilibrium contact angle theta e: droplet slides for theta e<126.3°, droplet rolls for theta e>147.0°. Thus, 147.0 is recommended as the contact angle boundary between hydrophobicity and super-hydrophobicity. 

The newly presented mode selection criterion is incorporated into our dropwise condensation model, matching measured experiment data well. We conclude that the nanostructure surface introduces both positive and negative effects on dropwise condensation. The increased number of drop nucleation sites and decreased droplet detachment size have positive contribution on condensation, but the additional nano-porous thermal resistance is the negative effect to heat transfer. The overall condensation performance is the competition between positive effect and negative effect. The densely populated nanostructure is recommended to have better heat transfer performance. The heterogeneous surface with hydrophilic islands orderly populated on hydrophobic surface is suggested to sustain the long term operation without the structure failure.

References:

(1) J. Xie, J.L. Xu, X. Li, H. Liu, Int. J. Heat Mass Transf. 2019, 129: 86–95.

(2) J. Xie, J.L. Xu, W. Shang, K. Zhang, Int. J. Heat Mass Transf. 2018, 127: 1170–1187.

(3) J. Xie, J.L. Xu, W. Shang, K. Zhang, Int. J. Heat Mass Transf. 2018, 122: 45–58.

(4) J. Xie, J.L. Xu, Q. Liu, X. Li, Adv. Mater. Interfaces, 2017, 4: 1700684.

(5) J. Xie, J.L. Xu, X.T. He, Q. Liu, Sci. Rep. 2017, 7: 39932.

 

Speaker Information：

Education：He got PhD in 1995 at Xi'an Jiaotong University

 

Awards：

Natural Science Award of the Ministry of Education, China (first grade)

China Industry-University-Research Cooperation Innovation Award

China electric power science and technology outstanding contribution award

Most cited Chinese researchers of Elsevier

Best paper reviewer of ASME Journals

 

Work Experience:

He was a postdoctor in Tsinghua University from 1995 to 1997.

He worked in University of Notre Dame in the period of 1997-2002.

He joined Guangzhou Institute of Energy Conversion from 2002, and setup the Micro Energy System Laboratory there.

He joined North China Electric Power University in 2009 and founded the Beijing Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer for Low Grade Energy Utilizations.

 

Selected Publications:

Liu GH, Xu JL, Chen T, Wang KY, Progress in thermoplasmonics for solar energy applications, Physics Reports, 2022, 981, 1-50

Ji XB, Xu JL*, Li HC, Huang GH, Switchable heat transfer mechanisms of nucleation and convection by wettability match of evaporator and condenser for heat pipes: Nano-structured surface effect, Nano Energy, 2017, 38:313-325

Xu JL*, Yan X, Liu GH, Xie J, The critical nanofluid concentration as the crossover between changed and unchanged solar-driven droplet evaporation rates, Nano Energy, 2019, 57:791-803.

Yan X, Xu JL*, Meng ZJ, Xie J, Wang H, A new mechanism of light induced bubble growth to propel micro bubble piston engine, Small, 2020, 2001548.

YuXJ, Xu JL*, Does sunlight always accelerate water droplet evaporation?, Applied Physics Letters, 2020,116(25): 253903.

Xu JL*, Liu GH, Zhang W, Li Q, Wang B, Seed bubbles stabilize flow and heat transfer in parallel microchannels, International Journal of Multiphase Flow, 2009, 35(8):773-790.

 

Email:

xjl@ncepu.edu.cn

Website:

https://bjmfht.ncepu.edu.cn/english/index.htm

 

Keynote Speech

Structured Instabilities in Excited Granular Materials

Assistant Professor Christopher M. Boyce

Columbia University

 

Granular materials, such as sand or catalytic particles, exhibit behaviors which blend the lines between solids, liquids and gases. External excitation by gravity, vibration or gas flow can induce motion in granular materials, and forces competing with frictional particle interactions often result in instabilities, many of which resemble those in liquids, while some of which exhibit solid-like behavior. Here, we combine gas flow and vibration experimentally to excite grains to form flow instabilities with structured waves, convection cells, gas bubbles or segregation patterns. Computational modeling demonstrates that some of these instabilities are directly analogous to those in Newtonian fluids, while others involve transitions between fluid-like and solid-like behavior in grains to form structured flow. We develop new rheological models of granular flows which incorporate fluid-solid transition to capture these structured flow instabilities and potentially improve modeling of all granular flows. These structured flows are applied to segregation, mixing and heat transport in granular flows to improve mining separations, pharmaceutical production and chemical reactor design. Finally, we discuss application of similar fluid-solid transition principles to structure flows in dense suspensions. 

 

Speaker Information：

Chris Boyce received his Bachelor’s degree in Chemical Engineering and Physics at MIT and then studied at the University of Cambridge as a Gates Cambridge Scholar, where he received the Dankwerts-Pergamon prize for the best PhD thesis in Chemical Engineering. After his PhD, he held postdoctoral research positions at Princeton University and ETH Zurich. He started as an assistant professor of Chemical Engineering at Columbia in January 2018. His research focuses on the physics of multiphase and granular flows. His honors and awards include being named to the Forbes 30 Under 30 List in Science, being honored with the Sabic Young Professional Award from the AIChE for outstanding contributions to particle technology and being recognized with the NSF CAREER Award.

 

Education：

B.S., Chemical Engineering and Physics, MIT, 2011

PhD, Chemical Engineering, University of Cambridge, 2015

 

Awards：

NSF CAREER Award, 2022

Sabic Young Professional Award from the AIChE, 2019

Forbes 30 Under 30 in Science, 2019

Danckwerts-Pergamon Prize for Best PhD in Chemical Engineering at the University of Cambridge, 2015

 

Work Experience：

Postdoctoral Researcher, Princeton University, 2015-2016

Postdoctoral Researcher, ETH Zurich, 2017

Assistant Professor, Columbia University, 2018-Present

 

Selected Publications：

1. Guo, Q.; Zhang, Y.; Padash, A.; Xi, K.; Kovar, T. M.; Boyce, C. M. Dynamically Structured Bubbling in Vibrated Gas-Fluidized Granular Materials. PNAS 2021, 118 (35).

2. Guo, Q.; Zhang, Y.; Kovar, T. M.; Xi, K.; Boyce, C. M. A Rayleigh-Bénard Convection Instability Analog in Vibrated Gas-Fluidized Granular Particles. Soft Matter 2022.

3. McLaren, C. P.; Kovar, T. M.; Penn, A.; Müller, C. R.; Boyce, C. M. Gravitational Instabilities in Binary Granular Materials. PNAS 2019, 201820820.

4. Penn, A.; Tsuji, T.; Brunner, D. O.; Boyce, C. M.; Pruessmann, K. P.; Müller, C. R. Real Time Probing of Granular Dynamics with Magnetic Resonance. Science Advances 2017, 3(9), e1701879.

5. Penn, A.; Padash, A.; Lehnert, M.; Pruessmann, K. P.; Müller, C. R.*; Boyce, C. M.* Asynchronous Bubble Pinch-off Pattern Arising in Fluidized Beds Due to Jet Interaction: A Magnetic Resonance Imaging and Computational Modeling Study. Phys. Rev. Fluids 2020, 5(9), 094303.

 

 

Email:

Cmb2302@columbia.edu

Website:

https://boyce.cheme.columbia.edu/