泡核沸腾的强化传热表面制造技术

泡核沸腾的强化传热表面是用于提高传热效率的。本发明专利技术的特征在于，它是由光滑圆管和紧绕在其表面的螺旋状金属丝组成。当在大气下以Ｒ－１１３为工作介质时，在热负荷为１０＋［４］Ｗ／ｍ＋［２］的条件下与光滑圆管相比可以将传热系统提高三倍左右。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
泡核沸腾的强化传热表面是用于提高物体表面的传热效率的。泡核沸腾是一种高效的传热方法。为了强化泡核沸腾的传热效果，近年来人们已经发展了各种强化表面来代替光滑表面。这种泡核沸腾的强化传热表面大体可以分为二类一类是多孔介质表面，美国Union Carbide公司的High Flux管即其典型。另一类是经过特殊机械加工而制成的强化传热表面。西德Wieland-werke公司的Gewa-T管和日本日立公司的Thermoexcel-F管则属于这一类表面。但是它们的共同缺点是工艺复杂、成本高、难以用于硬度较大的材质，目前只限于铜和铜合金，更严重的是，在从自然对流到池内沸腾的过渡区内它们都有明显的热滞后(Hysterisis)现象，存在着较大的“温度过头”(Teperature Oveshot)现象。为此，Ralph.I.Webb在美国专利3，521，706中首次提出了一种附着式强化表面。他提出，可将金属或非金属丝缠绕在肋管(带有肋片的管子)的肋片间的凹槽中，这样，由于大量核化中心的形成就改善了泡核沸腾的传热效果。Karl V.Schmittle则在此基础上，在美国专利4，074，753中，提出用纤维编织的细索(不是单根的细丝)螺旋状地缠绕在肋管的肋片间的凹槽或者在光滑的铜管上，并提供了数据，申请了专利。但该专利申请人根据自己的实验提出把铜丝缠绕在光滑的铜管上反而会使传热恶化，因而并未将此列入其申请保护的权项之中。本专利技术所提出的强化泡核沸腾的传热表面其特征在于，它是由光滑园管和紧紧地缠绕在其表面的螺旋状金属丝所组成。这种金属丝可以是镍铬的，当以氟里昂为传质时，镍铬丝的直径在0.5～1.5mm之间，其间距在0～0.22mm之间。图1即为金属丝附着物表面结构同GEWA-T管及High Flux管的对比图。本专利技术以R-113(氟里昂)为介质，在大气压下研究了紧压在光滑管外表面上的螺旋状金属丝对水平园管沸腾传热的影响，还进行了系统的参数性能优化的实验研究，结果表明这种强化方法在中低热负荷(104w/m2)时可以将传热系数提高3倍左右，在合理选择参数(丝经d和间距S)时，直到105W/m2时可以将传热系数至少还可以提高120%左右。尤其是采用这种方法，可以消除氟里昂类液体在过渡沸腾区内的“温度过头”现象，这在某些工程应用中(如电子元件的冷却)具有重要意义。这种优点是其他各种强化传热表面所不及的。实施例一实验装置实验装置及实验件分别如图2、图3所示。黄铜制圆管的外表面为加热面1，其表面光洁度为 7，加热圆管的外径D＝20mm，弹簧状镍铬丝紧紧地压附在加热面上。丝径φ0.3mm的镍铬-镍铝热电偶7、8用来测量池内液温，取其平均值作为液体温度。加热圆管的两端距离管外壁2.5mm分别钻有两个深20mm、孔径φ1.5mm的圆孔，一端的两圆孔垂直分布，另一端的两圆孔水平分布，这四个圆孔安装有四支φ0.3mm的铜-康铜热电偶3、4、5、6，这四支热电偶测得的温度之平均值，经恒热流加热圆管等的温度外推公式换算，可以得到加热面的平均温度。实验件用管内的螺旋状电阻丝18通过交流电来加热。电阻丝与黄铜管之间充满镁砂，这种材料绝缘良好，同时也有一定的导热性。加热圆管两端用聚四氟乙烯塑料绝热。加热电流和电压降分别由0.5级的电流表和电压表测量，据此可以算出通过加热表面的热流密度q″。U型辅助加热器15的功率由0.5级的功率表测定。所有热电偶的热电势由PF-3型双积分式多路直流数字电压表和LY6型数字打印机获取，其精度为10μV。热电偶均用二级标准水银温度计在恒温水溶槽中标定，并利用最小二乘法将标定结果回归成下列形式的二次方程t＝0.984+24.932V-0.043V2式中V-热电势，mv;t-温度，℃;实验值的最大相对误差为±1%。实验件水平地放置在一个300×300×200mm的矩形玻璃容器中，做饱和沸腾实验时，U型辅助加热器15使池中液体始终保持饱和温度，不使用冷却水套10，并且将玻璃容器用毛毡包住，以减少热量损失，仅在一侧开有一个窗口以便于观察和摄影。做过冷沸腾实验时，后用冷却水套10，调节自来水的流量及辅助加热器15的热量来维持所需要的池内液温，实验中过冷度的波动在±0.5℃范围内。二 实验内容1、校核性的予备实验实验前，先用丙酮清洗加热面，再用实验液体清洗容器，并注入液体使液面约高于加热圆管顶部80mm。然后，通过下面二个实验对本装置及测试手段作可靠性校验。a、在本装置上将光管置于酒精中进行自然对流实验，其实验方法及关联式是公知的。其结果与参考文献1所载的相比，最大误差仅为6%，见图4。b、在本装置上将光滑管置于氟里昂液体中做饱和沸腾实验，其实验方法及关联式也是公知的。其结果与参考文献2，3，4的沸腾曲线比较也甚为接近，见图5。以上事实证明，本装置及测试手段是可靠的。2、强化表面沸腾传热实验(大气压下，工质R-113)在沸腾传热过程中，其传热特性除受表面处理影响外，还与加热历程有关。本实验采用了参考文献5中的一个程序，其实验步骤如下将试验件在液池中浸没一夜，然后用辅助加热器将液体加热至剧烈沸腾状态，并保持1小时，再将辅助加热器的功率下降，仅维持液体在饱和温度。其后，逐步加热试验件，每一个工沉。在稳定5-10分钟后达到完全的稳定状态，再测取数据，在将功率提高到最大值(约105W/m2)后，再逐步降低功率，得到沸腾曲线。本实验与其他几种强化表面沸腾传热曲线的实验数据对比见图6。3、R-113(氟里昂)的强化传热及结构参数的优化实验(1)平均间距S对沸腾传热的影响图7中给出了直径1mm，间距S的名义值为0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5mm六种不同数值的实验结果，其实验方法同上。(2) 传热系数随平均间距S的变化曲线图8给出了不同热流密度下，传热系数随间距S的变化曲线。实验方法同上，d＝1mm。从以上实验看来，在低热流密度(q″＜104W/m2)时，S的名义值为0时效果最佳，强化效果随S值的增加而略有降低，在热流密度大于104W/m2以后，存在着一个最佳的间距值，可使传热系数达到峰值，这个最佳间距值将随热流密度增加而提高。在热流密度从104W/m2上升到105W/m2时，S值相应地从0.1上升至大约0.22(如图8中虚线所示)。这种强化方法在中低热负荷上效果最好，可能优于著名的GEWA-T管，同光管相比，传热系数可以比同样热负荷下光管值高370%。但热流密度提高以后，强化效果下降，性能不如GEWA-T管，但是只要S值选用适当，传热系数仍可达到光管的120%。还应指出在S＜0.2mm时强化表面的沸腾曲线可能同光管沸腾曲线相交，热负荷进一步提高时传热可能恶化。但S值超过0.2mm以后，直到热流值超过105W/m2，传热仍然得到明显的强化。(3)相同S值下，丝经对强化传热效果的影响图9给出了丝径d为0.5和1.5mm时的沸腾曲线，同相同S值时d＝1.0mm的曲线相比，表明其强化效果均不如后者其实验方法同2。(4) 金属丝与光滑表面接触松紧的影响图10中的曲线，明显反映了接触松紧的影响。金属丝紧压在光滑管上的附着物使传热明显强化，反之则不如，有时还会使传热恶化。其实验方法同2。附图说明图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
泡核沸腾的强化传热表面是用于提高热传导效率的，它可以由带筋管和缠绕在其筋片之间的纤维编织的尼龙细索或金属铝丝组成，也可以由光滑铜管和缠绕在其表面的纤维编织的尼龙细索组成。本专利技术的特点在于，它是由光滑园管和紧紧地缠绕在其表间的螺旋状金属丝组成。

【技术特征摘要】
1.泡核沸腾的强化传热表面是用于提高热传导效率的，它可以由带筋管和缠绕在其筋片之间的纤维编织的尼龙细索或金属铝丝组成，也可以由光滑铜管和缠绕在其表面的纤维编织的尼龙细索组成。本发明的特点在于，它是由光滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：马重芳，唐富江，甘永平，张滨来，雷道亨，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]