超疏水表面滴狀冷凝傳熱性能控制方法及裝置的製作方法

2023-04-26 16:11:31

專利名稱：超疏水表面滴狀冷凝傳熱性能控制方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超疏水表面滴狀冷凝傳熱性能控制方法及裝置，屬於強化傳熱及控制技術領域。
背景技術：
自二十世紀三十年代khmidt等發現滴狀凝結現象以來，滴狀冷凝換熱以其高效的換熱性能一直備受業界關注。為了得到良好的滴狀冷凝換熱表面，採用了許多方法，如在換熱表面鍍上金、銀、銠、鈀、鉬等貴重金屬，由於這些金屬高昂的價格，這種方法很難在行業推廣。在蒸汽中添加有機促進劑，如氟化二硫化碳，也可以實現珠狀凝結，這種方法由於對蒸汽和冷凝液造成了汙染並會對冷凝表面產生汙損和腐蝕，一般只能在特殊情況下應用。二十世紀九十年代以後，業界開始嘗試在換熱表面鍍PTFE、PFA以及ETFE膜等低表面能物質來實現珠狀凝結，但由於這些鍍層靠物理或者化學吸附作用與表面結合，結合力較弱， 使用壽命較短，一般只有數百小時，在運行環境惡劣的情況下，應用壽命還會縮短，因此，也沒有得到工程應用。近些年來，隨著納米技術的發展，納米超疏水材料製備的日臻成熟，開始嘗試將納米超疏水材料應用到冷凝器的設計和製造中，為此，就超疏水表面的製備、微觀傳熱機理以及傳熱特性等方面進行了大量卓有成效的工作，並取得了大量的成果。在實現冷凝換熱器盤管表面由膜狀凝結轉變微滴狀凝結方面取得了很大的成功。然而，目前的研究表明， 在冷凝情況下，由於蒸汽能夠進入到超疏水表面的微觀結構中，形成「粘性」很強的文策爾 (Wenzel)水滴，使得超疏水表面上液滴不能快速脫落，換句話說，冷凝條件下超疏水表面並沒有形成強超疏水的卡西(Cassie)狀態水滴，超疏水表面失效了。因此，目前利用超疏水表面實現的滴狀冷凝過程中，冷凝液滴是在增長到一定閾值後在重力作用下自然脫落，由於脫落的液滴尺寸較大時熱阻也較大，使得冷凝傳熱係數，尤其在低冷凝負荷時並不能得到大幅提高。如何在冷凝條件下恢復超疏水表面的強疏水性成為目前提高滴狀冷凝傳熱性能的重要問題。

發明內容
針對上述現有技術所存在的缺陷，本發明的目的在於，提供一種新使得超疏水表面的冷凝液滴強制脫落並控制冷凝液滴脫落尺寸和脫落頻率，進而根據負荷要求控制滴狀冷凝傳熱性能的方法及裝置。為了實現上述目的，本發明的技術方案是，一種超疏水表面滴狀冷凝傳熱性能控制方法，特點是，該方法主要包括以下步驟
(1)在冷凝換熱器表面加工製備微凸結構的超疏水表面，微凸結構型式為微圓柱、微梯形柱、微矩形柱或微方柱；
(2)信號發生/合成器與功率放大器相連，功率放大器與微振動換能器相連，將微振動換能器和冷凝換熱器的冷凝管道固緊，信號發生/合成器產生激勵電信號，經功率放大器放大之後驅動微振動換能器產生1 300Hz帶寬頻率的機械微振動，加載於冷凝換熱器主體，由冷凝換熱器的傳熱性能檢測單元對冷凝換熱器性能進行測試，將將檢測到的信號傳輸給反饋控制調節單元，根據反饋的傳熱性能信號更新預設定正弦信號的頻率及振幅， 再對信號發生/合成器和功率放大器進行調節，從而調節微振動換能器的微振動信號頻率及振幅；
(3)測定冷凝換熱器表面某一凝結液滴尺寸，計算該體積液滴共振頻率計算該凝結液滴共振頻率，對於一定尺寸的液滴，當施加的微振動頻率和其共振頻率一致時，其振動幅值達到最大，附著於固體表面的液滴，其共振動頻率力
權利要求
1. 一種超疏水表面滴狀冷凝傳熱性能控制方法，特徵在於，該方法主要包括以下步驟(1)在冷凝換熱器表面加工製備微凸結構的超疏水表面，微凸結構型式為微圓柱、微梯形柱、微矩形柱或微方柱；(2)將信號發生/合成器與功率放大器相連，功率放大器與微振動換能器相連，將微振動換能器和冷凝換熱器的冷凝管道固緊，根據信號發生/合成器設定的正弦電信號，經功率放大器放大之後驅動微振動換能器產生一個帶寬頻率1 300Hz的機械微振動，加載於冷凝換熱器主體，由冷凝換熱器的傳熱性能檢測單元對冷凝換熱器性能進行測試，將將檢測到的信號傳輸給反饋控制調節單元，根據反饋的傳熱性能信號更新預設定正弦信號的頻率及振幅，再對信號發生/合成器和功率放大器進行調節，從而調節微振動換能器的微振動信號頻率及振幅；(3)測定冷凝換熱器表面某一凝結液滴尺寸，計算該凝結液滴共振頻率對於一定尺寸的液滴，當施加的微振動頻率和其共振頻率一致時，其振動幅值達到最大，附著於固體表面的液滴，其共振動頻率②為
2.一種實現超疏水表面滴狀冷凝傳熱性能控制方法的裝置，其特徵在於，該裝置主要包括計算機、控制模塊和實現模塊，所述的控制模塊包括信號發生/合成器、功率放大器以及反饋控制調節單元；所述的實現模塊包括微振動換能器、滴狀冷凝換熱器以及傳熱性能檢測單元；所述信號發生/合成器與功率放大器連接，功率放大器與微振動換能器相連接， 微振動換能器固緊在冷凝器冷凝管道上；所述信號發生/合成器預設定的信號經功率放大器放大後驅動微振動換能器產生與信號發生/合成器產生的電信號大小相應帶寬頻率和振幅的機械振動，加載於滴狀冷凝換熱器，通過傳熱性能測試單元對冷凝器性能進行測試， 將檢測得到的信號傳輸給反饋控制調節單元，根據反饋的傳熱性能信號更新預設定正弦信號的頻率及振幅，再對信號發生/合成器和功率放大器進行調節，從而調節微振動換能器的微振動信號頻率及振幅；所述傳熱性能檢測單元包括流量計以及溫度傳感器。
3.根據權利要求2—種實現超疏水表面滴狀冷凝傳熱性能控制方法的裝置，其特徵在於，所述的信號發生/合成器生成一定頻率範圍的正弦波信號，通過計算機邏輯編程實現單一頻率或某一帶寬頻率正弦信號的輸出，並根據傳熱性能反饋信號對頻率進行調節。
全文摘要
本發明公開了一種超疏水表面冷凝傳熱性能控制方法及裝置，特點是，將冷凝換熱器表面進行改性成為成具有一定微觀結構的超疏水表面，用包括計算機、控制模塊和實現模塊的裝置，首先實現滴狀冷凝；然後對冷凝換熱器主體施加機械帶寬微振動迫使某一尺寸或某一尺寸範圍冷凝水滴從換熱器表面快速脫落。達到控制滴狀冷凝傳熱性能的目的。本發明的有益效果是可以實現冷凝傳熱的強化，同時對換熱性能的強弱進行控制。利用對換熱表面加載微振動的方式，使得凝結液滴的浸潤狀態發生轉變，液滴易從表面脫落，同時，所加載機械振動為一寬頻率振動，可對不同大小凝結液滴產生作用。控制滴狀凝結過程中的脫落直徑，實現對滴狀凝結換熱強弱的控制。
文檔編號F28F27/00GK102269539SQ20111027478
公開日2011年12月7日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者劉海龍, 範學良, 蔡小舒, 賈志海 申請人:上海理工大學