[發明專利]交流電浸潤效應致微通道沸騰換熱強化和流動不穩定性抑制方法

有效

• 申請號: 201911099534.3
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN111056525B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 何輝;潘良明;熊澳森;張智鵬;王之宇;吳瑤
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81B7/02
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

發明提供交流電浸潤效應致微通道沸騰換熱強化和流動不穩定性抑制方法。采用由微通道、交流電浸潤裝置和聚四氟乙烯疏水表面構成的系統。其中，交流電浸潤裝置包括ITO玻璃、具有氧化層的硅片和交流電源。通過本發明交流電浸潤效應動態可逆的改變微通道表面親/疏水性的技術手段，使微通換熱表面能夠同時具備疏水表面的低核化能壘和親水表面的相界面釘扎、氣泡聚合抑制等特性，形成接觸角區微對流傳熱增強的沸騰換熱強化和微通道流動不穩定性的氣泡動力學抑制。

技術領域

本發明涉及兩相流動換熱技術領域，特別涉及用于微通道沸騰換熱強化和流動不穩定性抑制的方法。

背景技術

隨著微電子機械系統(MEMS)和微全分析系統(μTAS)的迅速發展，微換熱器、微化學反應器和微流控芯片技術等微流體系統相繼涌現，在微電子、化學工程、生物化學分析等學科領域和電子器件溫度控制、航空航天、移動式反應堆等工程領域展現出廣泛的應用前景，而與之密切相關的微尺度流動和傳熱問題則是目前關注的焦點。例如，微換熱器在高集成、高熱流密度電子芯片散熱應用中，如何通過沸騰高效換熱的同時確保微換熱系統穩定和安全有重要意義。

微換熱器由多條微型通道構成，其當量直徑Dh200μm或受限數倒數Bond0.05。在這樣的尺度下，尺寸效應在帶來高比表面積和高傳熱系數的同時會導致通道內的兩相流動和傳熱過程受壁面限制作用更加明顯。基于MEMS技術加工的微型換熱器傳熱表面通常非常光滑，這將導致在缺少不凝性氣體和壁面孔穴的情況下微通道內核化所需的壁面過熱度增加，氣泡在過熱邊界層內迅速熱擴散生長，而在壁面限制作用下，氣泡生長受限/倒流，微流道內間歇沸騰產生流動不穩定性，降低臨界熱流密度。

針對上述問題，現有方法則是通過改變通道進/出口特性、入口增設節流結構等減少通道上游可壓縮性容積的方法來緩和因受限氣泡倒流引起的流動不穩定性，或通過增加通道壁面孔穴、入口產生種子氣泡等降低核化所需過熱度和兩相熱力學非平衡的方法來抑制氣泡動力學致低頻高振幅的系統波動，但在不增加系統阻力和微通道內部結構復雜程度的基礎上，如何同時實現微換熱器沸騰換熱強化和流動不穩定性抑制仍待進一步研究。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于微通道沸騰換熱強化和流動不穩定性抑制的裝置及其操作方法，以解決現有微通道換熱技術中存在的問題。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，交流電浸潤效應致微通道沸騰換熱強化方法，微通道加熱系統產生熱量傳遞給微通道板內的工質。工質在聚四氟乙烯層疏水表面沸騰相變。交流電浸潤系統加載，動態可逆改變聚四氟乙烯層表面的親疏水性，提高兩相沸騰換熱效率，并誘導增強接觸角區微對流傳熱。其中，

所述微通道板的板面上設置有多條平行的通槽。

所述交流電浸潤系統包括ITO導電玻璃片、硅片和交流電源。所述硅片的上表面具有硅片氧化層Ⅰ，下表面具有硅片氧化層Ⅱ。所述硅片氧化層Ⅰ的上表面噴涂有聚四氟乙烯層。所述微通道板夾設在ITO導電玻璃片和硅片之間。所述ITO導電玻璃片和聚四氟乙烯層分別將通槽的上下端敞口封堵。所述ITO導電玻璃片、通槽和聚四氟乙烯層合圍出多條微通道A。所述微通道A中流通工質。所述ITO導電玻璃片和硅片與交流電源相連，作為交流電浸潤系統的電極。

所述微通道加熱系統包括加熱片。所述加熱片通過導熱膠固定連接在硅片氧化層Ⅱ的下表面。加熱片產生熱量通過硅片導熱傳遞給微通道A內的工質。

本發明還公開微通道流動不穩定性的氣泡動力學抑制方法，微通道加熱系統產生熱量傳遞給微通道板內的工質。工質在聚四氟乙烯層疏水表面沸騰相變，延緩氣泡在微通道內受限生長和倒流。交流電浸潤系統加載，氣泡三相線區相界面釘扎和振蕩，阻礙氣泡聚合，抑制微通道內因氣泡受限生長和倒流產生的流動不穩定性。其中，

所述微通道板的板面上設置有多條平行的通槽。