[發明專利]一種主動式強化傳熱裝置及傳熱方法

在審

• 申請號: 201611010149.3
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106855374A
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 唐彪;蔣洪偉;白鵬飛;楊庭洪;李壽明;周國富
• 申請（專利權）人: 華南師范大學;深圳市國華光電科技有限公司;深圳市國華光電研究院
• 主分類號: F28F13/00
• 分類號: F28F13/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 唐致明

技術領域

本發明涉及散熱技術領域，具體涉及一種主動式強化傳熱裝置及傳熱方法。

背景技術

熱能傳輸是許多工業過程中的關鍵環節，其包括能量產生和能量傳送。泡核沸騰是轉移大量熱能的高效手段，也是傳熱領域研究的熱點。通常泡核沸騰強化傳熱技術有兩個主要目的：一是最大化受熱表面單位溫度升高的熱轉移量（熱通量）；二是增加泡核沸騰熱轉移的上限，也被稱為臨界熱流密度。

典型的飽和池態沸騰傳熱曲線如圖1所示，從左到右主要分為以下幾個階段：自然對流時期、孤立汽泡時期、充分發展的泡核沸騰時期（簡稱汽塊時期）、過度沸騰時期以及穩定膜態沸騰時期，其中幾個主要的時期轉折點為起始沸騰點（Onset Nucleate Boiling，ONB）、最大臨界熱流密度（Maximum Critical Heat Flux，CHF），以及最小熱流密度（Minimum Heat Flux，MHF），圖1中縱坐標q’’代表的是沸騰傳熱的熱流密度，橫坐標為log（ΔT_sat），ΔT_sat=T_w-T_sat，T_w代表的是傳熱壁面溫度，T_sat代表的是液體飽和沸騰溫度。從圖1中可以看到，到起始沸騰點（ONB）后，進入孤立汽泡時期，傳熱效率開始大幅提升，當到達最大臨界熱流密度（CHF）后，進入過度沸騰時期，傳熱效率開始下降。

傳統的沸騰強化方法是基于對傳熱表面（即沸騰表面）的化學改性、物理形貌構造或者兩者兼而有之，例如對加熱表面進行噴砂處理以及表面刻溝槽結構等，來達到受熱表面單位溫度升高熱轉移的最大化和增加最大臨界熱流密度（CHF）的上限，進而達到強化沸騰傳熱的目的。Jo H J, Kim S H等已有研究表明，隨著受熱表面的疏水性增強，沸騰曲線中的ONB會左移，使在壁面過熱度比較低的情況下盡快進入換熱能力強的核沸騰傳熱階段。雖然這種方法傳熱效率都有所增加，但由于老化效應的影響，傳熱效率增強隨著時間的推移逐漸失效。而且上述方法的主要缺點在于通過強化表面特性實現的這種傳熱增強是靜態的，無法完成時空上的主動調控。而且，采用上述方法處理傳熱表面獲得疏水性傳熱表面（較小的接觸角）繼而使得ONB左移，Kandlikar定量地研究了潤濕性對于臨界熱流密度的影響，研究結果表面，降低接觸角，會使得CHF也同步左移，所以ONB和CHF無法同時兼顧。

為達到傳熱效率的最大化，通常人們希望通過提高傳熱壁面的疏水性加速起沸（ONB左移），通過提高加熱壁面的親水性推遲臨界熱流密度的到來（CHF右移）。目前尚沒有主動動態控制傳熱表面特性的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種主動式強化傳熱裝置及傳熱方法。

本發明所采取的技術方案是：

一種主動式強化傳熱裝置，包括電源組件、罩體和導電的傳熱壁面，所述傳熱壁面用于與發熱元件接觸，所述罩體與所述傳熱壁面固定連接，且兩者形成一容置腔體，所述傳熱壁面朝向所述容置腔體的表面上覆有一層疏水絕緣層，所述容置腔體內填充有傳熱工質，所述電源組件的兩極分別與所述傳熱壁面和所述傳熱工質電性連接。

在一些具體的實施方式中，所述傳熱工質為極性液體。

在上述方案優選的實施方式中，所述傳熱工質為水溶液或離子液體。

在一些具體的實施方式中，所述疏水絕緣層為單層的疏水絕緣層結構或絕緣層與疏水層復合層結構，當所述疏水絕緣層為絕緣層與疏水層復合層結構時，所述疏水層覆于所述絕緣層上。

在一些具體的實施方式中，所述疏水絕緣層的厚度為400-800 nm。

在一些具體的實施方式中，所述容置腔體為上部開口的容置腔體或密閉的容置腔體。

本發明還提供了一種主動式強化傳熱方法，包括以下步驟：

S1：在導電的傳熱壁面和傳熱工質之間設置一層疏水絕緣層，所述疏水絕緣層將所述傳熱壁面和所述傳熱工質隔離開來；

S2：將所述傳熱壁面與發熱元件接觸；

S3：在所述傳熱壁面和所述傳熱工質之間施加電壓，動態調整電壓。

在一些具體的實施方式中，所述電壓≤100V。

在一些具體的實施方式中，所述傳熱工質為極性液體。

在一些具體的實施方式中，所述疏水絕緣層為單層的疏水絕緣層結構或絕緣層與疏水層復合層結構，當所述疏水絕緣層為絕緣層與疏水層復合層結構時，所述疏水層覆于所述絕緣層上。

本發明的有益效果是：