[发明专利]一种具有梯度毛细吸液芯的珠状凝结强化冷凝管

权利要求书

1.一种具有梯度毛细吸液芯的珠状凝结强化冷凝管，其特征在于，由冷凝外管和梯度毛细吸液芯组成；该冷凝外管的疏水性内壁面与所述亲水性梯度毛细吸液芯的整个外表面紧密接触，以使接触热阻尽可能小；梯度毛细吸液芯的孔隙分布为从内到外逐渐增大的梯度结构，在其垂直流动方向的截面上，其中心孔的孔隙最小，最外侧孔的孔隙最大，从而形成从中心到外侧孔隙逐渐增大的梯度多孔结构，并且最外侧孔隙大小需满足其中σ为气液界面张力，ρ_G和ρ_L分别是蒸汽和其凝结液的密度，g为重力加速度；该梯度结构对凝结液产生从外向内的抽吸作用，将吸液芯外表面的凝结液向其内部抽吸；在所述吸液芯整个体积内凝结的液体也由于梯度结构产生的抽吸作用被聚集到所述吸液芯中心；当蒸汽进入该强化冷凝管时，在所述冷凝外管的疏水性内壁上发生表面珠状凝结；同时，由于所述梯度毛细吸液芯与所述冷凝外管的疏水性内壁面紧密接触，导热效应使得所述梯度毛细吸液芯内部产生由中心到其外表面温度逐渐降低的梯度分布，并且所述梯度毛细吸液芯内部各处的温度均小于蒸汽温度，使得蒸汽在整个梯度毛细吸液芯内部也发生凝结，因此，所述冷凝外管内壁表面上的高效珠状凝结与管内梯度毛细吸液芯体积内的凝结相耦合，提高了冷凝传热的换热系数。

2.根据权利要求1所述具有梯度毛细吸液芯的珠状凝结强化冷凝管，其特征在于，所述冷凝外管为导热性良好的金属或非金属材料，该冷凝外管的外壁通常置于低温环境或者被冷流体冲刷；冷凝管内侧为蒸汽侧，与蒸汽直接接触的内壁为光滑疏水表面。

3.根据权利要求1所述具有梯度毛细吸液芯的珠状凝结强化冷凝管，其特征在于，所述梯度毛细吸液芯为导热性良好的金属或非金属多孔亲水性材料，由于冷凝外管的内壁面为疏水性，梯度毛细吸液芯为亲水性，在所述壁面上凝结的珠状液滴一旦与所述毛细吸液芯的外表面接触，便会从所述壁面上脱离并附着在梯度毛细吸液芯上，所述壁面上凝结液滴的及时脱离避免了常规冷凝壁面上液滴驻留和聚合导致的传热热阻增大。

4.根据权利要求1所述具有梯度毛细吸液芯的珠状凝结强化冷凝管，其特征在于，所述梯度毛细吸液芯中心在沿流动方向上，随着凝结过程的进行，截面含液率持续增加，由于气液界面的界面张力作用，凝结液对上游来流蒸汽产生阻隔作用，蒸汽只能绕过中心凝结液而在凝结液与内壁面之间的空间内流动，使得蒸汽始终与温度较低的壁面及梯度毛细吸液芯温度相对较低的外侧部分接触，所述梯度毛细吸液芯内聚集的液体不断增多，凝结液与所述内壁面之间的蒸汽通道越来越小，当蒸汽完全冷凝时，凝结液最终占据所述梯度毛细吸液芯的整个截面。

5.根据权利要求2所述具有梯度毛细吸液芯的珠状凝结强化冷凝管，其特征在于，所述冷凝外管的金属或非金属材料为铜、铝不锈钢或陶瓷。

6.根据权利要求3所述具有梯度毛细吸液芯的珠状凝结强化冷凝管，其特征在于，所述梯度毛细吸液芯的金属或非金属多孔亲水性材料为铜粉、铝粉、镍粉或陶瓷粉末烧结材料。