[發明專利]一種親疏水轉換的智能表面換熱管及其控制系統

在審

• 申請號: 202210085380.8
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114485253A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 曹瀧;王光輝;趙露星;吳學紅;楊輝
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: F28F13/00
• 分類號: F28F13/00;F28F13/04;F28F13/18;F28D20/02
• 代理公司: 鄭州浩德知識產權代理事務所(普通合伙) 41130
• 代理人: 柏瓊瓊

本發明提出了一種親疏水轉換的智能表面換熱管及其控制系統，基管內表面沿周向分為間隔區以及智能表面區，智能表面區從管內壁依次先后構建絕緣層一、導電層、多孔層、絕緣層二，最后將疏水基團進行帶電噴涂到絕緣層二上，各智能表面區域的導電層與多通道直流電源的不同通道相連，基管外等距分若干截面，每截面上下端均焊接有熱電偶監測截面的上下端溫度，溫度反饋于計算機，計算機調節多通道直流電源各通道的電流，使帶電疏水基團發生移動，使管內表面在時空層次進行親疏水轉變。本發明能夠實現換熱管在進行換熱過程中，根據不同流型使管內表面發生濕潤性轉變，對管內相分布調控，使多相流動結構與傳熱達到協同，提高傳熱效果。

技術領域

本發明涉及換熱器技術領域，特別是指一種親疏水轉換的智能表面換熱管及其控制系統。

背景技術

相變傳熱作為一種高效的能量傳遞方式，廣泛的應用于工業應用和生產生活中各個方面，通過汽液相變從開始成核到汽泡＼液滴最終的脫離的動態變化，分為冷凝傳熱以及沸騰傳熱兩種。

然而在沸騰/冷凝傳熱中，隨著換熱管汽液相變過程的不斷進行，在不同階段對表面特性的需求是不同的。

在冷凝換熱過程中，具有高表面能的親水表面可以降低蒸氣成核能進而促進液滴核化，親水表面在冷凝傳熱前期能夠使蒸氣分子迅速從氣相主體發生相變進而形成而液滴，但隨著換熱的不斷進行，親水表面由于具有高表面能從而發生膜狀凝結，在表面形成連續的液膜，增加了蒸汽與換熱界面的熱阻，而低表面能的疏水表面能使液滴形成滴狀冷凝并迅速脫落，使表面凝液快速更新，降低蒸汽與換熱界面熱阻，從而強化冷凝傳熱。

在沸騰換熱過程中，疏水表面可以在低過熱度下成核，利于汽核的生成。隨著換熱的不斷進行，疏水表面氣泡難以脫離大量聚合使固液邊界形成氣膜，熱量傳遞行程增加，導致換熱過程迅速惡化，是傳熱過程中管內熱阻的主要部分。同時，管內由于重力的作用導致上管壁液膜“頂部薄，底部厚”的相分布，換熱過程上壁面補液困難，管內上壁面液滴蒸發速率與補液速率無法達到相平衡時，導致壁面干涸，換熱過程惡化。

汽液相變進行強化一直是傳熱領域內的重點研究內容，目前，目前能量系統中換熱結構使用工業材料（如銅、鋁、不銹鋼等金屬）以及表面強化手段，只具有單一親/疏性，然而汽液相變的在不同階段對表面特性的需求是不同的，無法滿足換熱過程的動態的需求變化實現表面親疏性轉變。

發明內容

本發明為解決現有技術中存在的問題，提出一種親疏水轉換的智能表面換熱管及其控制系統。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種親疏水轉換的智能表面換熱管，換熱管由導電端及基管組成，導電端位于基管的兩端，基管內表面沿周向分為間隔區以及智能表面區，間隔區和智能表面區在基管內表面均為多個，智能表面區從管內壁依次先后構建絕緣層一、導電層、多孔層、絕緣層二，絕緣層二上噴涂有疏水基團。

優選的，各個智能表面區之間均設有一個間隔區。

優選的，絕緣層一以及絕緣層二均采用具有高導熱性強絕緣性的材料，優選陰極電弧沉積或脈沖激光沉積法制備的類金剛石膜。

優選的，導電層采用導電性好的金屬，優選銅片；在多孔層的表面燒結一層均質的銅粉。

優選的，絕緣層二（404）沉積厚度小于銅粉粒徑且均勻沉積在導電層（402）上。

優選的，在絕緣層二表面噴涂一層均勻的帶正電的疏水基團，疏水基團采用靜電噴涂設備進行噴涂。

一種親疏水轉換的智能表面換熱管的其控制系統，包括熱電偶、計算機、多通道直流電源，各個智能表面區的導電層通過基管上的導電端與多通道直流電源的不同通道相連，基管外壁等距分若干截面，每截面上下端均焊接有熱電偶，熱電偶與計算機電連接，計算機還與多通道直流電源電連接并調節多通道直流電源各通道的電流。

本發明的有益效果是：