一種局部自適應(yīng)可控浸潤(rùn)性耦合微結(jié)構(gòu)強(qiáng)化沸騰換熱方法
一種局部自適應(yīng)可控浸潤(rùn)性耦合微結(jié)構(gòu)強(qiáng)化沸騰換熱方法具體為:在換熱基底微結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置電極膜,電極膜與金屬電極連接至電源形成電場(chǎng),換熱工質(zhì)中帶電金屬納米顆粒在電場(chǎng)作用下間歇吸附于換熱表面,實(shí)現(xiàn)換熱表面浸潤(rùn)性的可控轉(zhuǎn)換;所述金屬電極固定在換熱基底外部;金屬電極優(yōu)選為銅電極、鋁電極,形狀優(yōu)選為板狀、網(wǎng)狀或棒狀。
所述換熱基底材料為金屬如紫銅或單晶硅、藍(lán)寶石、石墨烯等非金屬,可以理解的是,換熱領(lǐng)域常用的換熱材料均適用于本發(fā)明,優(yōu)選導(dǎo)熱性良好的基底材料。換熱基底形狀為平板、圓管或異形,其中異形為換熱領(lǐng)域常見換熱器形狀。所述換熱基底微結(jié)構(gòu)為尺寸為納米級(jí)或微米級(jí)的微柱、微坑或微槽道;可以理解的是,現(xiàn)有技術(shù)中,所有用于提高換熱效率的微結(jié)構(gòu)均適用于本發(fā)明,優(yōu)選為納米級(jí)或微米級(jí)的方形微柱、矩形微柱、半球形微坑或圓柱形微坑。所述換熱基底微結(jié)構(gòu)的排列方式為規(guī)則排列如陣列式、交錯(cuò)式排列,或?yàn)椴灰?guī)則排列。所述電極膜通過電極引線引出,以將電極膜連通并連接至電源;換熱基底、電極膜、電極引線的表面均絕緣。所述表面絕緣可以通過在表面設(shè)置絕緣層實(shí)現(xiàn),所述絕緣層厚度為百納米級(jí)。其中,換熱基底材料為單晶硅等非導(dǎo)電材料時(shí),則無需設(shè)置絕緣層。所述絕緣層材料為惰性金屬、金屬氧化物、陶瓷或硅膠;優(yōu)選導(dǎo)熱性優(yōu)良的絕緣材料,可以通過摻雜導(dǎo)熱性優(yōu)良材料的方式來提高絕緣材料導(dǎo)熱性。所述電極膜、電極引線材料為導(dǎo)電材料;優(yōu)選為金屬,進(jìn)一步優(yōu)選為金、銀、銅或鋁。
所述電極膜厚度為百納米級(jí)。所述帶電金屬納米顆粒具有均勻親水性表面、均勻疏水性表面或雙親浸潤(rùn)性表面;親水、疏水或雙親浸潤(rùn)性表面通過改性獲得;帶電金屬納米顆粒尺度為納米級(jí)、微米級(jí),形狀規(guī)則或不規(guī)則,優(yōu)選為球形或柱形。所述帶電金屬納米顆粒浸潤(rùn)性與換熱基底的浸潤(rùn)性不同,用于改變換熱表面浸潤(rùn)性。如換熱基底表面為親水(或疏水),帶電金屬納米顆粒表面為疏水(或親水),也可以具有雙親浸潤(rùn)性。所述電源為直流電源或交流電源;其中直流電源通過通、斷電實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)可控;交流電源通過控制交流頻率實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)可控,交流頻率根據(jù)沸騰氣泡動(dòng)力學(xué)周期調(diào)節(jié)。
華北電力大學(xué)
2022-07-14