CN103017593A - 一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构 - Google Patents

一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构，其是在传热管或传热板的基体表面上分布有三维仿生锯齿形单元体，所述每个三维仿生锯齿形单元体的结构尺寸为微米级或毫米级；所述的三维仿生锯齿形单元体呈倾斜状态排列，其倾斜方向与液膜的流动方向一致，且倾斜的三维仿生锯齿形单元体相互搭接；所述三维仿生锯齿形单元体的尖部具有三个微小尺度的微锯齿形结构，三个微小尺度的微锯齿形结构以两端低中间高的方式排列且两端高度相同；所述三维仿生锯齿形单元体的排布方式为菱形排列或矩形排列；本发明的三维仿生锯齿形单元体相互搭接，能够使液膜铺展均匀，防止表面上出现干斑或干点；该微锯齿形结构表面可以控制液膜的流动方向，减小液膜厚度，有效降低传热热阻，提高液膜蒸发传热效率。

Description

一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构
技术领域
本发明涉及一种表面结构，特别涉及一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构。
背景技术
液膜蒸发换热是近些年发展起来的一种高效换热技术，具有小流量、小温差、传热传质系数高、结构简单且动力消耗小等独特优点，在传统工业领域及高新技术领域中的高热流密度下换热强化方面受到了突出关注。研究表明，影响液膜蒸发热质交换的主要原因是液膜的流动形态和液膜的厚度，如何维持液膜流动稳定，使之均匀的润湿传热表面，防止因液薄破裂使传热表面出现干斑或干区，首先考虑的因素是换热壁面状况和结构。设计适合液膜蒸发换热的微结构表面，以控制液膜流动形态和液膜厚度，进而提高液膜蒸发换热性能，对节能环保、保证设备性能和工作寿命有着至关重要的作用。
目前用于强化液膜蒸发换热的热功能表面翅片结构及尺寸的选择尚没有完善、成型的理论指导，设计上存在一定的盲目性。如果壁面形态或其尺寸参数选择不当，可能引起液膜局部暂时或永久破裂，恶化传热传质效果。改变过去根据经验确定表面结构及尺寸参数的状况，按功能要求设计表面功能结构，然后根据结构形状进行制造，是该领域发展的方向。寻求适合液膜蒸发换热强化的微结构表面，是强化传热研究者急需解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构，本发明基于犬舌优良的换热特性及犬舌表面微结构形态，设计了一种具备优良蒸发换热性能的仿生强化换热表面，可以提高设备热效率、减少换热面积、节省设备投资，具有很大的经济效益和社会效益。
本发明的技术方案：
本发明是在传热管或传热板的基体表面上分布有三维仿生锯齿形单元体，所述每个三维仿生锯齿形单元体的结构尺寸为微米级或毫米级；所述的三维仿生锯齿形单元体呈倾斜状态排列，其倾斜方向与液膜的流动方向一致，且倾斜的三维仿生锯齿形单元体相互搭接。
所述三维仿生锯齿形单元体的尖部具有三个微小尺度的微锯齿形结构，三个微小尺度的微锯齿形结构以两端低中间高的方式排列且两端高度相同。
所述三维仿生锯齿形单元体的排布方式为菱形排列或矩形排列。
本发明的有益效果是：
1、基体表面上的三维仿生锯齿形单元体相互搭接，能够使液膜铺展均匀，防止表面上出现干斑或干点；
2、该微锯齿形结构表面可以控制液膜的流动方向，减小液膜厚度，有效降低传热热阻，提高液膜蒸发传热效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的单个三维仿生锯齿形单元体主视图。
图3为图2的左视图。
图4为图2的俯视图。
图5为本发明的三维仿生锯齿形单元体矩形方式排列的主视示意图。
图6为图5的左视图。
图7为图5的俯视图。
图8为本发明的三维仿生锯齿形单元体菱形方式排列的主视示意图。
图9为图8的左视图。
图10为图8的俯视图。
其中：1—传热管或传热板的基体表面；2—三维仿生锯齿形单元体；T—锯齿单元体厚度；W—锯齿单元体宽度；H—锯齿单元体高度；Wa—相对高的微锯齿的宽度；Wb—相对低的微锯齿的宽度；Ha—相对高的微锯齿的高度；Hb—相对低的微锯齿的高度；Hc—相对低的微锯齿与相对高的微锯齿的连接点到锯齿底部的距离；A—前后方向三维仿生锯齿单元体的距离；B—左右方向三维仿生锯齿单元体的距离；P—在菱形排列中，前后方向三维仿生锯齿形单元体的左右方向错开的距离。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3和图4所示，本实施例是在传热管或传热板的基体表面2上分布有三维仿生锯齿形单元体1，三维仿生锯齿形单元体1的倾斜角度α为50～70°，倾斜的锯齿相互搭接，排布紧密，三维仿生锯齿形单元体1的侧边与水平方向的夹角β为70～90°；所述三维仿生锯齿形单元体1的宽度W为0.2～1mm，三维仿生锯齿形单元体1厚度T为0.2～1mm，三维仿生锯齿形单元体1高度H为0.3～1.2mm；所述的三维仿生锯齿形单元体1呈倾斜状态，其倾斜方向与液膜的流动方向一致。
所述三维仿生锯齿形单元体1的尖部具有三个微小尺度的微锯齿形结构11，三个微小尺度的微锯齿形结构11以两端低中间高的方式排列，且两端高度相同，相对低的微锯齿的宽度Wb为0.2～0.5mm，相对高的微锯齿的宽度Wa为0.1～0.4mm，相对低的微锯齿的高度Hb为0.2～0.8mm，相对高的微锯齿的高度Ha为0.3～1.2mm，相对低的微锯齿与相对高的微锯齿的连接点到锯齿底部的距离Hc为0.3～0.8mm。
三维仿生锯齿形单元体1的排列方式有二种，分别是菱形排列和矩形排列，请参阅图5、图6和图7所示，为矩形方式排列，前后方向三维仿生锯齿形单元体1之间的距离A为0.2～1mm，左右方向三维仿生锯齿形单元体1之间的距离B为0.2～1mm；请参阅图8、图9和图10所示，在菱形方式排列中，前后方向和左右方向三维仿生锯齿形单元体1之间的距离与矩形排列相同A为0.2～1mm，前后方向三维仿生锯齿形单元体1的左右方向错开的距离P为0.3～0.8mm。

Claims (7)

1.一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构，其特征在于：是在传热管或传热板的基体表面（2）上分布有三维仿生锯齿形单元体（1），所述的三维仿生锯齿形单元体（1）呈倾斜状态排列，其倾斜方向与液膜的流动方向一致，倾斜的三维仿生锯齿形单元体（1）相互搭接。
2.根据权利要求1所述的一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构，其特征在于：所述三维仿生锯齿形单元体（1）的排布方式为菱形排列或矩形排列。
3.根据权利要求1或2所述的一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构，其特征在于：所述三维仿生锯齿形单元体（1）的尖部具有三个微小尺度的微锯齿形结构（11），三个微小尺度的微锯齿形结构（11）以两端低中间高的方式排列且两端高度相同。
4.根据权利要求1或2所述的一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构，其特征在于：所述三维仿生锯齿形单元体（1）的倾斜角度α为50～70°，三维仿生锯齿形单元体（1）的侧边与水平方向的夹角β为70～90°；所述三维仿生锯齿形单元体（1）的宽度W为0.2～1mm，所述三维仿生锯齿形单元体（1）厚度T为0.2～1mm，所述三维仿生锯齿形单元体（1）高度H为0.3～1.2mm。
5.根据权利要求3所述的一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构，其特征在于：所述三个微小尺度的微锯齿形结构（11）的相对低的微锯齿的宽度Wb为0.2～0.5mm，相对高的微锯齿的宽度Wa为0.1～0.4mm，相对低的微锯齿的高度Hb为0.2～0.8mm，相对高的微锯齿的高度Ha为0.3～1.2mm，相对低的微锯齿与相对高的微锯齿的连接点到锯齿底部的距离Hc为0.3～0.8mm。
6.根据权利要求2所述的一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构，其特征在于：所述的三维仿生锯齿形单元体（1）为矩形方式排列时，前后方向三维仿生锯齿形单元体（1）之间的距离A为0.2～1mm，左右方向三维仿生锯齿形单元体（1）之间的距离B为0.2～1mm。
7.根据权利要求2所述的一种强化液膜蒸发换热的仿生表面结构，其特征在于：所述的三维仿生锯齿形单元体（1）为菱形方式排列时，前后方向和左右方向三维仿生锯齿形单元体（1）之间的距离与矩形排列相同A为0.2～1mm，前后方向三维仿生锯齿形单元体（1）的左右方向错开的距离P为0.3～0.8mm。
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