柔性微通道装置、实验系统与实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种柔性微通道装置、实验系统与实验方法。该柔性微通道装置包括基底和盖板，基底设有微通道阵列的一面由盖板覆盖；基底和盖板的材质为能够发生弹性变形的材料；微通道阵列包括(2n

【技术实现步骤摘要】
柔性微通道装置、实验系统与实验方法


[0001]本专利技术涉及柔性设备制造
，尤其涉及一种柔性微通道装置、实验系统与实验方法。

技术介绍

[0002]近年来，可弯曲拉伸的柔性设备的发展受到越来越多的关注。一些柔性设备对工作温度提出了相对苛刻的要求，比如柔性锂电池、柔性燃料电池工作温度不宜过低否则将会影响其工作效率甚至存在着火的危险；用新型水凝胶皮肤贴片进行药物输送时需要快速加热到药物的激发温度并精确控制该温度长达几十个小时。另外，随着柔性设备电子元件集成度的增加，对柔性表面的散热需求也越来越大，柔性设备对于热控制的需求也逐渐提升到需要微通道支持的程度，而现有的刚性微通道由于无法发生弹性形变而难以契合柔性设备的工作条件，因此需要提出一种有关适配于柔性设备以及柔性工作需求的可发生弹性形变柔性微通道技术。
[0003]21世纪以来，各类能源动力装置的微小化是大势所趋，由此衍生发展了微型机械系统技术。车辆、航空以及低温制冷技术等领域均开展了各项微型化技术的研究和开发。越来越多的微型设备、技术的产生对微小尺度的温度控制的均匀性、稳定性等具有非常高的要求，促进了对微小尺度的流动与换热研究。
[0004]1981年，Tuckerman首次提出了微通道冷却技术，将以相变换热为主要控温手段的微通道换热器带到了大家的眼前。自此之后，因为其能满足高效传热、传质和化学反应的要求，学者们对微通道换热器进行了深入研究。
[0005]随着换热器通道的当量直径减小到微细尺度，其内部的两相流动和传热现象与常规尺度相比会有差别，故而对微通道内部的流动传热规律无法直接应用已有的常规尺寸换热器研究结论，需要进行深入研究以获取其流动换热规律。对相变微通道换热器的研究根据应用设备要求加热与冷却的要求不同主要分为沸腾吸热与冷凝放热微通道。
[0006]目前具有的微通道实验设备相对独立，每位研究者自行进行实验设计与实验台搭建，最终实验系统各有不同，实验结果也因此降低了对比与参照效果。因此，亟待设计一款较为通用、可满足大部分实验需求的微通道实验系统。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种柔性微通道装置、实验系统与实验方法。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种柔性微通道装置，该装置包括基底和盖板，所述基底的一面设有微通道阵列，所述基底设有微通道阵列的一面由盖板覆盖；所述基底和盖板的材质为能够发生弹性变形的材料；所述微通道阵列的两端分别设有通道进口和通道出口；所述微通道阵列的排列方式为：所述微通道阵列包括(2n
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1)级阵列，n为大于等于2的整数、例如n可以为2、3、4、5、6等，第1级阵列具有1条分流管束，第1级阵列至第(n
‑
1)级阵
列遵循以下规律：每级阵列的末端以一分二形式延伸为分流管束、形成下一级阵列(对于第(n
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1)级阵列来说，是第(n
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1)级阵列的末端以一分二形式延伸为分流管束、形成第n级阵列)；第n级阵列的分流管束的末端以二合一形式汇集为汇流管束，形成第(n+1)级阵列；第(n+1)级阵列至第(2n
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1)级阵列遵循以下规律：每级阵列的进口端以二合一形式汇集为汇流管束、形成下一级阵列，各级阵列的总流通截面积(即同一级阵列所有管束的流通截面积总和)相等；所述通道进口与第1级阵列连通，所述通道出口与第(2n
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1)级阵列连通。
[0009]在本专利技术的具体实施方案中，上述柔性微通道装置可以作为柔性设备工作并可以发生多方向的变形，例如，如图4中的a至d所示，所述微通道阵列可沿微通道阵列排布的平面整体发生横向弯曲、纵向弯曲、纵向变形、横向变形，也可以因压力变化导致内壁面发生弹性变形、使微通道阵列在垂直于阵列排布平面的方向产生形变。通过发生弯曲变形和拉伸形变可以满足绝大多数条件下柔性工作设备的工作需求。
[0010]根据本专利技术的具体实施方案，所述微通道阵列与盖板的表面形成中空通道。可以理解的是，所述盖板与基底贴合的表面可以是平面，也可以设有微通道阵列、并与基底中的微通道阵列匹配。基底和盖板中的微通道阵列具体可以是嵌入基底表面或者盖板表面的凹槽形式。所述基底可以设于盖板的上方或者下方。在一些具体实施方案中，所述微通道阵列中各管束(分流管束、汇流管束)的截面可以为圆形(正圆形、半圆形)或矩形。
[0011]根据本专利技术的具体实施方案，在上述微通道阵列的排列方式中，为保证各级阵列的流通截面相等(即每一级阵列的管束流通截面之和相等)，所述分流管束的宽度或在基底中的嵌入深度可以根据每级管束相对于上级管束的数量增加幅度逐级递减；所述汇流管束的宽度或在基底中的嵌入深度可以根据每级管束相对于上级管束的数量减少幅度逐级递增。其中，所述嵌入深度是指分流管束和汇流管束的最低点与基底表面的竖直距离。
[0012]根据本专利技术的具体实施方案，上述微通道阵列采用树杈分流排布方式，该方式具体可以是：微通道阵列包括(2n
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1)级阵列，第1级阵列至第n级阵列遵循以下规律：第a级阵列具有两分叉结构和2
a
个平行末端，每个末端平行延伸出一条分流管束，形成第(a+1)级阵列，第(a+1)级阵列中每条分流管束的宽度或在基底中的嵌入深度是第a级阵列每条分流管束的宽度或在基底中的嵌入深度的1/2，其中，a为1至n
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1的整数；第n级阵列至第(2n
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1)级阵列遵循以下规律：第b级阵列具有2
2n
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b
个进口端，每两个进口端汇集为一条汇流管束、形成第(b+1)级阵列；第(b+1)级阵列中每条汇流管束的宽度或在基底中的嵌入深度是第b级阵列中每条汇流管束的宽度或在基底中的嵌入深度的2倍；其中，b为n至2n
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1的整数。
[0013]在本专利技术的具体实施方案中，当所述分流管束和汇流管束的截面为矩形时，上述微通道阵列各级尺寸可以是：第2级分流管束在基底中的嵌入深度为第1级分流管束在基底中的嵌入深度的50％(第2级分流管束的宽度与第1级分流管束的宽度相同)，第2级至第n级的分流管束的宽度为上一级管束宽度的50％(第2级至第n级分流管束在基底中的嵌入深度相同)；第(n+1)级至第(2n
‑
2)级汇流管束的宽度为上一级管束宽度的2倍(第(n+1)级至第(2n
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2)级汇流管束在基底中的嵌入深度相同))，第(2n
‑
1)级汇流管束在基底中的嵌入深度为第(2n
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2)级汇流管束在基底中的嵌入深度的2倍(第(2n
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1)级汇流管束的宽度与第(2n
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2)级汇流管束的宽度相同)。当所述分流管束和汇流管束的截面为圆形时，分流管束和汇流管束的半径也可参照上述方式进行逐级递减或逐级增加，保证各级阵列的总流通截面积相等。
[0014]可以理解的是，分流管束和汇流管束的逐级尺寸变化倍数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性微通道装置，该装置包括基底和盖板，所述基底的一面嵌有微通道阵列，所述基底设有微通道阵列的一面由盖板覆盖；所述基底和盖板的材质为能够发生弹性变形的材料；所述微通道阵列的两端分别设有通道进口和通道出口；所述微通道阵列的排列方式为：所述微通道阵列包括(2n
‑
1)级阵列，n为大于等于2的整数，第1级阵列具有1条分流管束，第1级阵列至第(n
‑
1)级阵列遵循以下规律：每级阵列的末端以一分二形式延伸为分流管束、形成下一级阵列；第n级阵列的分流管束的末端以二合一形式汇集为汇流管束，形成第(n+1)级阵列；第(n+1)级阵列至第(2n
‑
1)级阵列遵循以下规律：每级阵列的进口端以二合一形式汇集为汇流管束、形成下一级阵列；所述通道进口与第1级阵列连通，所述通道出口与第(2n
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1)级阵列连通，各级阵列的总流通截面积相等。2.根据权利要求1所述的柔性微通道装置，其中，所述微通道阵列中分流管束和汇流管束的截面为圆形或矩形；优选地，当所述分流管束和汇流管束的截面为矩形时，在(2n
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1)级阵列中，第2级分流管束在基底中的嵌入深度为第1级分流管束在基底中的嵌入深度的50％，第2级至第n级的分流管束的宽度为上一级管束宽度的50％；第(n+1)级至第(2n
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2)级汇流管束的宽度为上一级管束宽度的2倍，第(2n
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1)级汇流管束在基底中的嵌入深度为第(2n
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2)级汇流管束在基底中的嵌入深度的2倍；优选地，所述分流管束和/或汇流管束为弯折型结构；优选地，所述分流管束和/或汇流管束的弯折处的内壁面为弧形；优选地，同一级的分流管束相互平行，同一级的汇流管束相互平行。3.根据权利要求1所述的柔性微通道装置，其中，在(2n
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1)级阵列中，第n级阵列的分流管束的当量直径为10μm至1000μm、优选为200μm
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500μm。4.根据权利要求1所述的柔性微通道装置，其中，上述柔性微通道装置还包括柔性管段和套管，所述通道进口和/或通道出口分别连接柔性管段的一端，所述柔性管段的另一端与套管连接；优选地，所述柔性管段的当量直径与通道进口和/或通道出口的当量直径相同；优选地，所述柔性管段的当量直径小于所述套管的当量直径；或者，所述通道进口和/或通道出口的开口垂直于所述微通道阵列所在的平面，所述柔性微通道装置还包括外接管，所述微通道阵列通过通道进口和/或通道出口与所述外接管连通；或者，所述通道进口和/或通道出口的端部连接有刚性外延，所述刚性外延与所述外接管道通过卡套固定。5.一种换热器，其包括换热装置和权利要求1
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4任一项所述的柔性微通道装置；优选地，所述换热器的换热形式包括凝结流动散热和/或沸腾流动吸热。6.一种实验系统，其包括储液罐、加热段、实验段、过冷段；其中，所述实验段包括微通道装置、换热装置和测量系统，所述换热装置用于对所述微通道装置进行热交换；所述微通道装置包括权利要求1
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4任一项所述的柔性微通道装置和/或蛇形刚性通道；
所述测量系统包括高速摄像机、红外热像仪、白光共聚焦同轴位移计中的一种或两种以上的组合；所述储液罐、加热段、微通道装置、过冷段依次连接，所述过冷段的出口与所述储液罐的入口连接；所述储液罐与所述加热段之间依次设有第一调节阀和第二调节阀，所述储液罐与所述加热段之间还设有泵，所述储液罐的出口分别与所述第一调节阀的入口、泵的入口连接，所述第二调节阀的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王吉，俞海，刘子琦，何雪静，李若菡，刘子梦，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：