CN104748604A - 一种带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，包括换热区和疏水带，换热区和疏水带间隔设置，以维持凝结液滴自脱落的珠状凝结换热过程。正常工作时，换热表面结构上的疏水带与重力方向垂直。换热表面结构被冷却，其温度保持低于所接触的气体压力对应的饱和温度，则高温气体在换热区发生珠状凝结。随着凝结进行，凝结液滴经历成核、发展、合并过程不断产生并长大。较大液滴在重力作用下沿表面下滑，在经过疏水带时由于液滴形状的突然改变导致液滴部分表面能转化为动能，使液滴具有换热表面法向速度并在重力作用下而完全脱离换热表面，实现液滴自脱落过程。本发明构成简单、工作原理可靠，可有效解决换热区失效导致换热能力显著减弱的问题。

Description

一种带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构

技术领域

本发明属于传热传质技术领域，具体涉及一种带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构。

背景技术

珠状凝结与膜状凝结同属于相变换热形式，其原理是利用高温气体在遇到低温换热面时释放的汽化潜热作为换热途径，比单相换热形式更为高效。凝结形式为珠状或膜状视具体的换热表面性质而定，当换热表面能被凝结液体很好地润湿时，凝结会形成一层液膜，即发生膜状凝结；当换热表面不能被凝结液体很好地润湿时，凝结会形成许多小液珠，即为珠状凝结。对于膜状凝结，汽化潜热必须通过液膜，因而液膜热阻直接影响了热量传递；对于珠状凝结，由于凝结表面部分与蒸汽直接接触，因而换热效率大大提升。

有研究表明，珠状凝结的换热能力比膜状凝结约高一个数量级，比普通单相换热高两个数量级以上，是一种极为高效的换热形式。然而，珠状凝结状态并不稳定，难以维持，珠状凝结状态在经历长时间运行后极易转变为膜状凝结，因而无法应用于工业领域。另一方面，该转变机理仍未完全被揭示，其面临的主要困难之一为换热表面在长时间与液体接触后表面性质发生了改变，目前尚无一种表面材料或表面处理技术可以克服该困难。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，以维持凝结液滴自脱落的珠状凝结换热过程。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，该珠状凝结强化换热表面结构包括换热区1和疏水带2，换热区1和疏水带2间隔设置，用于维持凝结液滴自脱落的珠状凝结换热过程。

上述方案中，所述换热区1为中性润湿表面，接触角为80至100度。优选地，所述接触角为90度。

上述方案中，所述疏水带2为疏水性表面，其宽度小于换热区1的宽度，接触角为120度至180度。

上述方案中，在正常工作时，所述疏水带2的走向与重力方向垂直。该珠状凝结强化换热表面结构被冷却，其温度保持低于所接触的气体压力对应的饱和温度，高温气体在换热区1发生珠状凝结；随着凝结进行，凝结液滴经历成核、发展、合并过程不断产生并长大；较大液滴在重力作用下沿该珠状凝结强化换热表面结构的表面下滑，在经过疏水带2时由于液滴形状的突然改变导致液滴部分表面能转化为动能，使液滴具有换热表面法向速度并在重力作用下而完全脱离换热表面，实现液滴自脱落过程。

上述方案中，脱离壁面的液滴在下落过程中，距离壁面较近，且由于重力作用而加速下落，会与下落中扫过区域内仍附着在壁面的较大液滴合并后继续下落，产生携带作用，进一步提高整体液滴自脱落的效率。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，可自动清除珠状凝结过程中换热效率减小的大液滴，维持换热效率最高的小液滴阶段，减少换热表面被凝结液滴覆盖的时间，保持高效的珠状凝结状态。

2、本发明只需在中性润湿表面的合适位置加工疏水带即可实现，具有实现方式简单、运行原理可靠的优点。

3、利用本发明，借助凝结液滴自脱落可实现持续珠状凝结换热，进而显著提高换热器性能，可在电力、化工、制冷、空调、电子器件冷却等应用领域起到节能效果。

附图说明

图1为依照本发明实施例的带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构的示意图；其中各部件及相应标记为：1-换热区；2-疏水带。

图2为应用图1所示带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构的水平管外珠状凝结强化换热管的示意图；其中各部件及相应标记为：1-换热区；2-疏水带。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为依照本发明实施例的带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构的示意图，该珠状凝结强化换热表面结构包括换热区1和疏水带2，换热区1和疏水带2间隔设置，用于维持凝结液滴自脱落的珠状凝结换热过程。

其中，换热区1为中性润湿表面，接触角为80至100度，优选地为90度。疏水带2为疏水性表面，其宽度小于换热区1的宽度，接触角为120度至180度。

参照图1，在正常工作时，疏水带2的走向与重力方向垂直。该珠状凝结强化换热表面结构被冷却，其温度保持低于所接触的气体压力对应的饱和温度，高温气体在换热区1发生珠状凝结；随着凝结进行，凝结液滴经历成核、发展、合并过程不断产生并长大；较大液滴在重力作用下沿该珠状凝结强化换热表面结构的表面下滑，在经过疏水带2时由于液滴形状的突然改变导致液滴部分表面能转化为动能，使液滴具有换热表面法向速度并在重力作用下而完全脱离换热表面，实现液滴自脱落过程。另一方面，脱离壁面的液滴在下落过程中，距离壁面较近，且由于重力作用而加速下落，会与下落中扫过区域内仍附着在壁面的较大液滴合并后继续下落，产生携带作用，进一步提高整体液滴自脱落的效率。参照图2，图2为应用图1所示带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构的水平管外珠状凝结强化换热管的示意图，该换热管的管壁采用图1所示带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，疏水带2的走向与重力方向垂直。当该换热管管壁采用的珠状凝结强化换热表面结构被冷却时，其温度保持低于所接触的气体压力对应的饱和温度，高温气体在换热区1发生珠状凝结；随着凝结进行，凝结液滴经历成核、发展、合并过程不断产生并长大；较大液滴在重力作用下沿该珠状凝结强化换热表面结构的表面下滑，在经过疏水带2时由于液滴形状的突然改变导致液滴部分表面能转化为动能，使液滴具有换热表面法向速度并在重力作用下而完全脱离换热表面，实现液滴自脱落过程。具体工作原理与图1所示带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构相同，此处就不再赘述。

本发明提供的带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，构成简单、工作原理可靠，可有效解决换热区失效导致换热能力显著减弱的问题，可广泛应用于电力、化工、制冷、空调、电子器件冷却等领域实现高效节能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，其特征在于，该珠状凝结强化换热表面结构包括换热区(1)和疏水带(2)，换热区(1)和疏水带(2)间隔设置，用于维持凝结液滴自脱落的珠状凝结换热过程。

2.根据权利要求1所述的带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，其特征在于，所述换热区(1)为中性润湿表面，接触角为80至100度。

3.根据权利要求2所述的带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，其特征在于，所述接触角为90度。

4.根据权利要求1所述的带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，其特征在于，所述疏水带(2)为疏水性表面，其宽度小于换热区(1)的宽度，接触角为120度至180度。

5.根据权利要求1所述的带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，其特征在于，在正常工作时，所述疏水带(2)的走向与重力方向垂直。

6.根据权利要求5所述的带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，其特征在于，该珠状凝结强化换热表面结构被冷却，其温度保持低于所接触的气体压力对应的饱和温度，高温气体在换热区(1)发生珠状凝结；随着凝结进行，凝结液滴经历成核、发展、合并过程不断产生并长大；较大液滴在重力作用下沿该珠状凝结强化换热表面结构的表面下滑，在经过疏水带(2)时由于液滴形状的突然改变导致液滴部分表面能转化为动能，使液滴具有换热表面法向速度并在重力作用下而完全脱离换热表面，实现液滴自脱落过程。

7.根据权利要求1所述的带有疏水带的珠状凝结强化换热表面结构，其特征在于，脱离壁面的液滴在下落过程中，距离壁面较近，且由于重力作用而加速下落，会与下落中扫过区域内仍附着在壁面的较大液滴合并后继续下落，产生携带作用，进一步提高整体液滴自脱落的效率。