[发明专利]一种基于纳米超润湿界面的低阻强化传热布局结构

说明书

本发明涉及一种基于纳米超润湿界面的低阻强化传热布局结构，沿表面长度方向设置11个面积相同的区域，第1个区域为100％超疏水表面，在第2个区域设置10％区域面积的超亲水表面，该区域10％面积的超亲水表面为矩形或圆形，在第3个区域设置20％面积的超亲水表面，以此类推，此后每块区域依次增加10％面积的超亲水表面，直至第11个区域为100％超亲水表面，从而形成100％超疏水面积至100％超亲水面积的图案化梯度润湿性。本发明可用于低热流通量或中热流通量的超紧凑型换热器中，在能源系统中纳入和使用表面润湿性改性具有较大的应用可能和深远的潜在影响。

技术领域

本发明属于热管理技术领域，涉及一种基于纳米超润湿界面的低阻强化传热布局结构。

背景技术

目前，各行业都对开发先进的超紧凑型换热器感兴趣，其对许多热管理和能源系统的整体效率、成本和紧凑性都很重要。换热器是通过传导、内部/外部对流和/或辐射的组合，负责在两种或多种流体(液体或气体)之间传递热量的装置，又称热交换器。换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。在蒸发器中，液体工质吸收热量发生气化；在冷凝器中，气体工质释放热量发生冷凝。铝、铜、不锈钢、硅在换热器结构中被广泛使用，它们均为亲水材料。众所周知，水或蒸汽在表面上的蒸发或凝结在很大程度上取决于表面特性，即表面润湿性。而在超紧凑型换热器中，当尺寸减小到微尺度时，表面力可能占主导地位。通常以接触角为特征的表面润湿性可以用来控制传热和压降。

固体表面的润湿性是一个重要的性能指标，“表面润湿性”这一课题在过去几年中引起了人们相当大的兴趣，根据科学引文索引(SCI)来源，工程和材料科学领域的期刊出版物数量从1992年至今有了显著和持续的增长。“表面润湿性”是指表面亲水或疏水的程度，通过精心设计，可以改变表面的自然润湿性，使其更具亲水性或疏水性，亲水、超亲水、疏水、超疏水表面的制备已被广泛研究。大多数实际感兴趣的材料既不是完全湿润，也不是完全不湿润的。表面性质(疏水性或亲水性)通常通过测量液滴在表面上的接触角来表征。当使用水时，小于90°的接触角表示亲水表面，大于90°的接触角表示疏水表面，超亲水表面的接触角小于5°，而超疏水表面的接触角大于150°。众所周知，表面润湿性受表面化学和形态的控制。化学成分决定了表面自由能，同时也降低了表面活性。更低的表面能导致更高的疏水性。另外，表面粗糙度是超疏水表面的一个关键因素，同时，由于二维或三维毛细效应，粗糙度对表面亲水性也非常重要，也就是说，粗糙度会放大基体的润湿行为。受到自然界超疏水生物如荷叶和水黾腿表面结构的启发，越来越多的人关注具有微(或纳米)结构的特殊表面粗糙度的研究。通过将层状微/纳米结构与适当的材料结合，合成了具有超疏水性或超亲水性的各种表面。

目前在超紧凑型换热器表面中通常采用具有单一润湿性的表面，以铝、铜、不锈钢、硅等材料为主，它们均为亲水材料，没有充分利用不同表面润湿性的优势。通过控制表面化学性质或物理性质，可对表面润湿性进行改性和控制。在蒸发器中除采用亲水表面外，适当采用疏水表面可以增加成核密度、减小阻力。在冷凝器中，完全采用亲水材料很难有效排水，将导致凝结水滞留量增加，增加压降，产生腐蚀的可能性，进而降低换热器的传热效率和整体性能，为可能危害人类健康的生物生长提供场所。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于纳米超润湿界面的低阻强化传热布局结构,实现对物体表面润湿性进行改性和控制。

本发明解决技术的方案是：

一种基于纳米超润湿界面的低阻强化传热布局结构，沿物体表面一定方向进行一定比例的超亲水、超疏水面积布局，形成润湿性梯度，控制液滴在阵列面上的运动路径；

布局面形状为矩形或圆形；