[实用新型]应用于微重力条件下的沸腾换热装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种换热装置，特别是一种沸腾换热装置，应用于设备的冷却、系统温度的控制和调节等技术领域。

背景技术

当液体与高于其饱和温度的壁面接触时，液体被加热汽化而产生大量汽泡的现象称为沸腾。液体在加热面上沸腾时的换热过程，是具有相变点的两相流换热。在地面常重力条件下，当加热壁面温度超过液体的饱和温度并达到一定数值时，液体即在加热面上汽化形成汽泡。汽泡形成后不断长大、脱离、上浮。汽泡在长大过程中吸收大量汽化潜热，汽泡的脱离和上升又产生剧烈扰动，所以沸腾换热比单相流体的对流换热强烈的多，在工业上有广泛的应用。

常重力条件下，汽泡脱附、上浮的力主要由汽泡的浮力提供，但是在微重力条件下，由于几乎没有浮力，汽泡生成后难以从加热面脱落，而是在加热面上不停地移动；原生汽泡会聚合并形成大汽泡，大汽泡不断捕获小汽泡而长大，直到大汽泡覆盖整个加热面。这种现象的发生会导致传热效率大大降低甚至不能进行下去。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供一种应用于微重力条件下的沸腾换热装置，借助梯度磁场产生恒定磁化力代替重力，从而使微重力条件下沸腾过程中产生的汽泡能迅速上浮或从过热表面脱附，使沸腾换热过程顺利进行。

为达到上述发明创造目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种应用于微重力条件下的沸腾换热装置，主要由热交换器和沸腾换热管构成，沸腾换热管内设有液态的换热介质，热交换器为能吸收并储存热量的容器，沸腾换热管从热交换器中穿过，梯度磁场发生装置围绕在热交换器外部设置，当低温的换热介质沿着沸腾换热管的内部管腔流经热交换器时，热交换器的大量热量通过沸腾换热管的管壁被换热介质吸收，使换热介质的温度迅速升高直至沸腾，在梯度磁场发生装置所产生的恒定梯度磁场力作用下，换热介质产生的沸腾汽泡从过热的沸腾换热管的管壁内表面脱附，并随换热介质流走，从而完成沸腾换热过程。

上述梯度磁场发生装置优选在汽泡脱附方向上提供恒定磁场强度的梯度磁场。

上述梯度磁场发生装置产生的磁场梯度最好可调，通过调节输入梯度磁场发生装置的电流来控制磁场梯度的大小。

上述梯度磁场发生装置优选采用超导梯度磁场发生装置。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：

相比于现有的沸腾换热装置，本实用新型应用于微重力条件下的沸腾换热装置可实现微重力下沸腾换热这个过程，结构简单，价格低廉，导热效率大大提高，在国际空间站等太空空间中应用，可用来实现设备的冷却、系统温度的控制和调节等。

附图说明

附图1是本实用新型应用于微重力条件下的沸腾换热装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实用新型的优选实施例结合附图说明如下：

在本实施例中，参见图1，一种应用于微重力条件下的沸腾换热装置，主要由热交换器2和沸腾换热管3构成，沸腾换热管3内设有液态的换热介质，本实施例所用的换热介质为水，热交换器2为能吸收并储存热量的容器，沸腾换热管3为导热性好材料制成的管状物，沸腾换热管3从热交换器2中穿过，梯度磁场发生装置1围绕在热交换器外部设置，温度较低的水从沸腾换热管3的一端进水口流入，并且当低温的水沿着沸腾换热管3的内部管腔流经热交换器2时，使得沸腾换热管3的管壁具有很高的温度，热交换器2的大量热量通过沸腾换热管3的管壁被水吸收，使水的温度迅速升高直至沸腾，在梯度磁场发生装置1所产生的恒定梯度磁场力作用下，水产生的沸腾汽泡从过热的沸腾换热管3的管壁内表面脱附，并随水流走，从而完成沸腾换热过程。梯度磁场发生装置1在汽泡脱附方向上提供恒定磁场强度的梯度磁场。

本实施例沸腾换热装置实现微重力下沸腾换热过程的原理如下：

具有一定磁化率的液体，在梯度磁场作用下，会受到磁力的作用；单位体积液体所受磁力可表示为：

上式中，df/dV为单位体积液体所受磁力，μ₀为真空磁导率，χ_m为液体的体积磁化率，B为磁通量密度。磁力和重力都是体积力，在空间微重力的条件下，磁力可以代替重力的作用。汽泡受到磁力的作用，当磁力足够大时，就能使汽泡从过热的沸腾换热管3的壁面脱附，从而实现微重力下的沸腾换热过程。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：