传热与流动过程是复杂的物理过程，从本质上来说，分别是是介质内或介质之间的热量与质量输运过程。我们过去对传热与流动问题的研究，往往只是在宏观尺度，而对微观尺度传热与流动过程的机理和机制缺少认识，并且宏观尺度下得到的物理规律是否同样适用于微观尺度也有待研究。
聚合物因其韧性高、密度低、价格低廉、抗腐蚀性能好等特点被广泛应用，但是聚合物的导热系数非常低，室温下大约在0.1Wm-1K-1，非常差的导热性能限制了其在传热领域的应用。近年来，强化聚合物的导热性能，使其热导率远高于无定形态聚合物的热导率水平，已吸引了国内外学者广泛的研究兴趣。此外环路热管是一种稳定高效的空间散热技术，本课题对泵辅助环路热管的研究始终处于世界领先地位，但是对于毛细芯（多孔介质）为工质循环提供动力支撑的微观机理机制仍不明确。那么为准确描述毛细芯提供工质循环动力的机理机制，对多孔介质内部及表面的流动与相变过程的研究显得非常重要。
现在本课题组紧跟国际前沿领域的研究方向，在微观尺度下研究传热与流动过程，能帮助我们剖析微米尺度声子输运、微纳米薄膜表面蒸发与凝结、纳米尺度聚合物热传导等过程的机理机制，最终达到调控和强化传热与流动效果的目的。我们的研究内容主要包括：研究高分子材料及其纳米复合材料的传热机理，旨在强化高分子材料的导热性能，使力学性能优异的高分子材料能应用于广泛的传热领域；研究环路热管、燃料电池等内部微米级孔隙尺度内的流动及相变传热问题，优化多孔材料结构，提升系统性能。本方向主要选用蒙特卡洛（Monte Carlo）、格子Boltzmann、分子动力学模拟（Molecular Dynamics）等数值方法，探究纳米和微米尺度下多孔介质的流动与相变现象、高分子聚合物的导热特性，分析微纳尺度的作用机理机制。
以上研究能解决的问题主要包括：分析聚合物及其复合材料内部热传导过程的限制因素，采用特殊微纳结构、掺杂物表面改性和增强界面间相互耦合，达到改善综合热传导效果的目的；分析不同微纳结构表面对微纳尺度流动与相变过程的影响，理解多孔介质中相变与流动过程的机理机制。
图1. 定向掺杂碳纳米管/聚乙烯复合材料的热导率。（a）碳纳米管、复合材料和聚乙烯单链的热导率；（b）聚乙烯单链和复合材料中单链的径向分布函数；（c）碳纳米管和聚乙烯链导热贡献；（d）碳纳米管内和外的聚乙烯链热导
图2 基于碳纳米管中聚乙烯小分子随机迁移现象的纳米热管。（a）模型；（b）冷端和热端热流；（c）聚乙烯小分子的质心位置；（d）温差100K时的传热功率；（e）温度为500K是的传热功率
