[发明专利]一种提高沸腾换热效率的方法、系统及应用

说明书

本发明公开了一种提高沸腾换热效率的方法、系统及应用，其技术方案为：使沸腾换热工质流过强磁场区域，经磁化后再流回沸腾换热装置；工质在强磁场区域与沸腾换热装置之间形成循环，以使其在沸腾换热过程中工质始终保持磁化效应。本发明使工质经强磁场磁化，且在沸腾换热过程中始终保持磁化效应，从而提高沸腾换热的效率。

技术领域

本发明涉及传热技术领域，尤其涉及一种提高沸腾换热效率的方法、系统及应用。

背景技术

沸腾作为一种常见的高效换热方式，它可以利用液态工质汽化时吸收大量的相变潜热，比单相对流换热具有更高的换热效率和强度，尤其适合热流密度比较高的换热场合，然而其换热效率也受诸多条件的限制。

目前工程上常用的强化沸腾换热的方式大致可分为两大类:(1)改变沸腾成核所在加热面的结构和表面特性，(2)改变换热工质流体的物理属性。其中，通过改变加热面的结构和表面特性来强化沸腾换热效能的方法主要包括，通过烧结，钎焊，火焰喷涂，电沉积或发泡等技术手段在加热面上形成孔隙率很高的涂层，或通过机械加工成型技术在加热面上生成双凹腔洞穴，这样可以增加加热面上活化的沸腾汽化核心的数量，提高沸腾气泡的成核密度，使得沸腾换热系数提高一个数量级以上，此外，还有某些表面擦拭-旋转，表面和流体振动以及使用静电场等主动增强技术，但这些技术通常会导致沸腾换热设备系统变得相当复杂，降低工作可靠性，因此大多没有在工程实际上得到广泛应用。

通过改变换热工质的物理属性来强化沸腾换热效能是近些年的研究热点，该类方法又可分为两类:一是往工质流体里加入少量表面活性剂或高分子聚合物添加剂，生成具有粘弹性的特殊流体，工质的物性会发生变化，如表面张力系数减小，粘性系数呈现出剪切稀释等非牛顿流体的特性，大多数研究发现沸腾换热效能得到一定程度的提升，但也有少数学者发现换热效果没有发生明显变化甚至恶化；二是往工质里添加粒径在纳米量级的金属或金属氧化物的固体颗粒(即纳米颗粒)，使其在布朗运动作用下稳定悬浮在基液里而不产生团聚和沉淀，生成一种被称为纳米流体的胶体悬浮液，不仅可以改变工质的物理属性如表面张力系数，导热系数等，也可以改变工质的沸腾特性和换热效能，大多数研究者发现加入纳米颗粒后，工质的沸腾换热效果得到一定程度的强化，但同样也有少数研究者发现换热效果恶化或没有明显变化。

然而上述通过往流体工质里添加表面活性/聚合物添加剂或纳米颗粒来强化沸腾换热的方法有时会产生一些负面效果，如某些添加剂可能具有较强的腐蚀性和毒性，会对换热设备产生腐蚀，甚至伤害人类和动植物的健康,使用后的工质如随意排放会对生态环境产生影响；纳米流体中的固体颗粒在工作过程中会逐渐团聚并沉积到换热设备管道的壁面上，容易阻塞阀门，泵等处的流动，对换热设备产生不必要的影响，而且为了达到较好的强化沸腾换热效率的目的，需要对溶液浓度或纳米颗粒的体积分数等关键参数进行精确地控制且保证其在工作过程中不发生变化，这无疑又提升了在工程实际中使用该技术的难度，沸腾发生时的高温环境通常会使表面活性剂失效或加速纳米颗粒在换热设备内壁面上的沉积，这也会影响其工作的稳定性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种提高沸腾换热效率的方法、系统及应用，使工质经强磁场磁化，且在沸腾换热过程中始终保持磁化效应，从而提高沸腾换热的效率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种提高沸腾换热效率的方法，使沸腾换热工质流过强磁场区域，经磁化后再流回沸腾换热装置；工质在强磁场区域与沸腾换热装置之间形成循环，以使其在沸腾换热过程中工质始终保持磁化效应。

作为进一步的实现方式，在磁化效应消失前，沸腾换热装置内的工质至少循环一遍。

作为进一步的实现方式，所述强磁场区域由磁化设备产生。

作为进一步的实现方式，通过改变强磁场区域的磁场强度和磁场区域长度以满足维持工质磁化效应要求。