[發明專利]一種強化沸騰換熱的微尺度協同表面結構

有效

• 申請號: 201910241520.4
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109974513B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 呂繼組;白敏麗;高林松
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F28F13/00
• 分類號: F28F13/00;F28F13/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于強化傳熱技術領域，一種強化沸騰換熱的微尺度協同表面結構，包括大槽、小槽、連接槽、微肋、基面和超疏水涂層；所述強化沸騰換熱結構的基表面通過機械切削、結構電鍍或激光燒灼形成協同尺度表面；基表面通過肋條分割形成大槽、小槽和連接槽。本發明的微尺度協同結構表面能夠達到產生毛細力作用，使液體能更快到達汽化核心點，并且還能滿足不同過熱度條件下，沸騰換熱汽化過程對尺度的需求，而且大槽與小槽之間的連接槽使得槽間液體相互作用，蒸汽更容易排出，進而強化沸騰傳熱。

技術領域

本發明屬于強化傳熱技術領域，設計了一種可以調控汽泡生長過程的微尺度協同表面結構。

背景技術

以可持續方式不斷滿足全球能源需求增長的眾多挑戰中，幾十年來，改進相變換熱一直處于工程研究的最前沿。與相變傳熱相關的高傳熱率對能源和工業應用都至關重要，但相變傳熱存在在低熱密度情況下的換熱效率低下問題。而微納米相關技術可以使表面尺寸結構能夠從分子到厘米量級，這些技術能夠獲得硅基表面、燒結結構和聚合涂層。不同結構表面在實際情況中能夠影響多相轉化過程。沸騰換熱則是指在液體內部以產生汽泡形式進行的汽化過程，物質的汽化潛熱巨大，使得沸騰換熱具有高熱流密度，從而使冷卻表面具有高效冷卻效果。對于沸騰換熱表面的改進工作，已經從傳統表面結構(如肋片結構等)發展到當前的微結構表面。而疏水表面涂層能夠有效地降低表面的初始沸騰點，能更多地產生汽化核心數目，從而強化沸騰表面傳熱效果。但是在高熱流密度情況下，需要更大的結構尺寸滿足汽泡溢出要求。單一尺度微結構表面不能克服沸騰傳熱過程，熱力學非平衡汽泡生長的根本原因在于：單一尺度表面結構不能協調蒸汽溢出與液體吸入對孔徑的不同需求。而不同尺度相互協調共同促進沸騰傳熱的過程，從而滿足沸騰傳熱不同階段對不同尺度的需求。由此可見，不同尺度協同結構表面能夠滿足沸騰傳熱汽泡特性的需求，從而可以較大提升沸騰傳熱能力。

發明內容

本發明的目的在于克服單一微結構的不足，提出了一種微尺度協同表面結構。

本發明的技術方案：

一種強化沸騰換熱的微尺度協同表面結構，包括大槽1、小槽2、連接槽3、微肋4、基面5和超疏水涂層6；所述強化沸騰換熱結構的基面5表面，通過機械切削、結構電鍍或激光燒灼形成協同尺度表面；在基面5表面通過微肋4分割形成大槽1、小槽2和連接槽3；

所述的大槽1與小槽2為交錯排布，大槽1與小槽2由多個均勻、間隔排布的微肋形成，微肋的寬度L3為50-100μm；小槽2的槽寬L1為50-100μm，小槽2槽深H為200-300μm；大槽1的槽寬L2為400-700μm；小槽2通過化學和機械方式形成超疏水涂層6；

所述的連接槽3為同一排微肋，各微肋之間的距離一樣；微肋的長度L4為500-800μm，連接槽3的槽寬L5為150-250μm。

本發明的有益效果：在鎳基板表面上制造了兩種微米級尺度協同微槽結構，且采用連接孔的方式，使兩種尺度的微槽道相互貫通。小槽底部涂超疏水涂層從而達到在小槽內產生汽化核心效果，并借助大小槽協同作用，在大槽中使汽泡生長和脫離的目的。協同表面在低熱流密度情況下，小槽底部的超疏水涂層能夠降低起始沸騰的過熱度，汽化核心主要在小槽中產生，但小槽內限制了汽泡的生長，但小槽中產生的毛細壓力可以使槽內迅速充滿液體，促進了汽泡在槽內的脫離，增強了沸騰換熱效果。在高熱流密度情況下，汽泡的生長過程發生了變化，汽化核心在小槽中產生，通過連接孔的形式在大槽中生長和脫離，大槽并沒有限制汽泡的生長過程。而且在連接槽作用下，小槽內產生的毛細壓力也能使大槽迅速充滿液體，有充足的過熱液體，汽泡脫離直徑減小，生長時間變短，從而增強了沸騰換熱效果。由此可見，微尺度協同結構能夠達到產生毛細力的作用，從而使液體能夠更快到達汽化核心點；大槽與小槽之間的連接槽使得大槽也能快速的充滿液體，強化沸騰傳熱的效果。

附圖說明

圖1是一種強化沸騰換熱的微尺度協同表面結構三維簡圖；

圖2是大槽與小槽的結構特征；