[发明专利]一种亲疏水转换的智能表面换热管及其控制系统

说明书

本发明提出了一种亲疏水转换的智能表面换热管及其控制系统，基管内表面沿周向分为间隔区以及智能表面区，智能表面区从管内壁依次先后构建绝缘层一、导电层、多孔层、绝缘层二，最后将疏水基团进行带电喷涂到绝缘层二上，各智能表面区域的导电层与多通道直流电源的不同通道相连，基管外等距分若干截面，每截面上下端均焊接有热电偶监测截面的上下端温度，温度反馈于计算机，计算机调节多通道直流电源各通道的电流，使带电疏水基团发生移动，使管内表面在时空层次进行亲疏水转变。本发明能够实现换热管在进行换热过程中，根据不同流型使管内表面发生湿润性转变，对管内相分布调控，使多相流动结构与传热达到协同，提高传热效果。

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，特别是指一种亲疏水转换的智能表面换热管及其控制系统。

背景技术

相变传热作为一种高效的能量传递方式，广泛的应用于工业应用和生产生活中各个方面，通过汽液相变从开始成核到汽泡＼液滴最终的脱离的动态变化，分为冷凝传热以及沸腾传热两种。

然而在沸腾/冷凝传热中，随着换热管汽液相变过程的不断进行，在不同阶段对表面特性的需求是不同的。

在冷凝换热过程中，具有高表面能的亲水表面可以降低蒸气成核能进而促进液滴核化，亲水表面在冷凝传热前期能够使蒸气分子迅速从气相主体发生相变进而形成而液滴，但随着换热的不断进行，亲水表面由于具有高表面能从而发生膜状凝结，在表面形成连续的液膜，增加了蒸汽与换热界面的热阻，而低表面能的疏水表面能使液滴形成滴状冷凝并迅速脱落，使表面凝液快速更新，降低蒸汽与换热界面热阻，从而强化冷凝传热。

在沸腾换热过程中，疏水表面可以在低过热度下成核，利于汽核的生成。随着换热的不断进行，疏水表面气泡难以脱离大量聚合使固液边界形成气膜，热量传递行程增加，导致换热过程迅速恶化，是传热过程中管内热阻的主要部分。同时，管内由于重力的作用导致上管壁液膜“顶部薄，底部厚”的相分布，换热过程上壁面补液困难，管内上壁面液滴蒸发速率与补液速率无法达到相平衡时，导致壁面干涸，换热过程恶化。

汽液相变进行强化一直是传热领域内的重点研究内容，目前，目前能量系统中换热结构使用工业材料（如铜、铝、不锈钢等金属）以及表面强化手段，只具有单一亲/疏性，然而汽液相变的在不同阶段对表面特性的需求是不同的，无法满足换热过程的动态的需求变化实现表面亲疏性转变。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，提出一种亲疏水转换的智能表面换热管及其控制系统。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种亲疏水转换的智能表面换热管，换热管由导电端及基管组成，导电端位于基管的两端，基管内表面沿周向分为间隔区以及智能表面区，间隔区和智能表面区在基管内表面均为多个，智能表面区从管内壁依次先后构建绝缘层一、导电层、多孔层、绝缘层二，绝缘层二上喷涂有疏水基团。

优选的，各个智能表面区之间均设有一个间隔区。

优选的，绝缘层一以及绝缘层二均采用具有高导热性强绝缘性的材料，优选阴极电弧沉积或脉冲激光沉积法制备的类金刚石膜。

优选的，导电层采用导电性好的金属，优选铜片；在多孔层的表面烧结一层均质的铜粉。

优选的，绝缘层二（404）沉积厚度小于铜粉粒径且均匀沉积在导电层（402）上。

优选的，在绝缘层二表面喷涂一层均匀的带正电的疏水基团，疏水基团采用静电喷涂设备进行喷涂。

一种亲疏水转换的智能表面换热管的其控制系统，包括热电偶、计算机、多通道直流电源，各个智能表面区的导电层通过基管上的导电端与多通道直流电源的不同通道相连，基管外壁等距分若干截面，每截面上下端均焊接有热电偶，热电偶与计算机电连接，计算机还与多通道直流电源电连接并调节多通道直流电源各通道的电流。

本发明的有益效果是：