[發明專利]一種具低表面能蒸發器的納米流體強化傳熱特性測試系統

在審

• 申請號: 201610116802.8
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105738410A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 羅小平;周建陽;馮振飛;鄧聰;謝鳴宇;肖健;吳迪;張霖;甘兵;朱慧慧;郭峰;王兆濤;李海燕
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及納米流體在微細通道中強化傳熱領域，具體涉及一種具低表面能蒸發器的納米流體強化傳熱特性測試系統。

技術背景

隨著科技的進步，電子部件和設備趨向集成化，傳統大通道的傳熱設備已無法滿足電子芯片的傳熱過程，具有高表面積比和換熱效率的微細尺寸通道已成為當今科技研究強化傳熱重要發展方向。

微型結構換熱器不僅具有高效優良的換熱性能，而且結構簡單、緊湊,為了進一步高效地提高微通道換熱器的換熱效率，科研工作者們將納米流體傳熱技術引入到微細通道進行研究,同時研究表明材料表面綜合特性(表面能)對強化傳熱有顯著影響，低表面能特性表面對利于強化傳熱。雖然，目前的微小尺度換熱器有效保證微系統的高效散熱要求，但是在實際應用中，由于部分熱交換系統特殊結構的限制和高負荷傳熱強度的要求，在微通道內應用單一的強化傳熱技術已無法滿足實際需求。因此，為了能更好地解決微細通道強化傳熱問題，高效地提高其傳熱效率，需要兩種或兩種以上的強化傳熱技術同時應用于微細通道。

而對于納米流體在微細通道中強化問題，其理論至今還不能較為準確描述和預測流體在微細通道中相變傳熱特性，因此需要系統的實驗測試和高速可視化來研究納米流體在微細通道中的相變傳熱過程及強化傳熱特性，在此背景下，發明一種具有低表面能微細通道蒸發器的納米流體強化傳熱特性測試系統及方法。此測試系統和方法可以用于測試某些納米流體(Al₂O₃、Fe₃O₄等納米顆粒)在低表面能微細通道中相變演化過程及其強化傳熱特性。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種具低表面能蒸發器的納米流體強化傳熱特性測試系統。

本發明通過以下技術方案達到上述目的：

一種具低表面能蒸發器的納米流體強化傳熱特性測試系統，包括：

納米流體循環控制模塊，用于控制管道中納米流體的流速、流量、溫度、壓力；

低表面能微細通道蒸發器測試實驗段模塊，連接于納米流體的流經管道中，用于進行納米流體在低表面能微細通道蒸發器強化傳熱實驗；

強化傳熱數據采集與分析模塊，用于采集及分析安裝在低表面能微細通道蒸發器測試實驗段模塊的溫度和壓力傳感器信號，從而得到所需的測試實驗參數；

納米流體相變可視化采集模塊，包括高清高速攝影機，用于通過低表面能微細通道蒸發器測試實驗段模塊中的可視化窗口觀察納米流體在低表面能微細通道蒸發器測試實驗段模塊中強化傳熱及相變過程。

本方案基于多層平壁穩態熱傳導及納米流體在低表面能微細通道蒸發器中能量平衡原理，建立納米流體在低表面能微細通道中強化傳熱數學模型，將信號采集系統采集的試驗段實驗數據代入數學模型，得出納米流體在微細通道中強化傳熱性能。

進一步地，所述的納米流體循環控制模塊包括通過管路依次連接形成納米流體回路的冷卻水箱、磁力泵、過濾器、流量計、預熱水箱以及用于向回路中定量注入納米流體的液位計，操作時將納米流體從液位計口注入，然后通過磁力泵將納米流體輸送到過濾器、流量計和預熱水箱，最后送到低表面能微細通道蒸發器測試實驗段模塊。

進一步地，所述低表面能微細通道蒸發器測試實驗段模塊通過管路連接在冷卻水箱與預熱水箱之間，包括兩端分別設置有試驗段進口和試驗段出口的實驗段、可更換地設置在所述實驗段中間凹槽內的低表面能微細通道蒸發器，所述實驗段的上端面依次設置有帶窗口的實驗段上蓋和可視鏡，所述實驗段的下端面設置有加熱板，所述實驗段的側面設置有熱電偶溫度傳感器，連通試驗段進口的壓力傳感器、連通試驗段出口的出口壓力傳感器，加熱板將均勻的熱量輸送到實驗段，然后熱量傳送到低表面能微細通道蒸發器，同時納米流體從低表面能微細通道蒸發器中通過，安裝在實驗段上的溫度和壓力傳感器信號傳輸到采集卡。

進一步地，所述實驗段的側面沿長度方向設置有兩行熱電偶溫度傳感器，每行四個。

進一步地，所述實驗段的材料為鋁合金，利于傳熱。

進一步地，所述的低表面能微細通道蒸發器包括板狀主體、所述主體上表面沿長度方向平行設置有若干矩形微細通道。

進一步地，所述的低表面能微細通道蒸發器表面設置有氟硅烷試劑處理層，使低表面能微細通道蒸發器表面具有低表面能特性，有利于強化傳熱。

進一步地，所述強化傳熱數據采集模塊包括采集卡，用于采集安裝在低表面能微細通道蒸發器測試實驗段模塊的溫度和壓力傳感器信號；信號分析系統，用于接收并分析所述溫度和壓力傳感器信號，從而得到所需的測試實驗參數。