CN114593630B - 一种纳米磁性粒子亲疏水智能管及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种纳米磁性粒子亲疏水智能管及其控制系统，基管内表面沿周向分为间隔区及智能表面区，智能表面区内部填充纳米磁性粒子，纳米磁性粒子由内插网中穿过的磁感应线来进行控制，磁感应线又与多通道直流电源的不同通道相连，多通道直流电源与计算机连接，计算机调节多通道直流电源各通道的电流，计算机接收基管外表面上下端焊接热电偶的温度反馈，进而改变施加给磁感应线的电流，通过控制电流的强弱来改变磁场的强弱，改变纳米磁性粒子与液滴的接触方式，实现亲疏水的可逆转变，调节表面浸润性。本发明能够实现智能管在换热过程中，根据不同流型转变管内部表面的润湿性，调控管内相分布，达到多相流动结构与传热协同，提升传热效果。
Description
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，特别是指一种纳米磁性粒子亲疏水智能管及其控制系统。
背景技术
相变传热作为一种高效的能量传递方式，广泛的应用于工业应用和生产生活中各个方面。汽液相变进行强化一直是传热领域内的重点研究内容，强化传热一般指的是提高相变传热系数和增大其可使用的热流密度范围，对沸腾传热来说就是增大核态沸腾区的沸腾换热系数和提高临界热流度，对冷凝来说为减薄膜状冷凝时的液膜厚度和增加滴状冷凝存在时间。这些目的的实现主要是通过对汽泡/液滴的行为进行控制。但是汽液相变从开始成核到汽泡/液滴最终的脱离以及在低热流密度和高热流密度下的需求都是动态变化的。
目前，能量系统中换热结构使用工业材料(如铜、铝、不锈钢等金属)以及表面强化手段，只具有单一亲/疏性，然而汽液相变的在不同阶段对表面特性的需求是不同的，无法满足换热过程的动态的需求变化实现表面亲疏性转变。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提出纳米磁性粒子亲疏水智能管及其控制系统。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种纳米磁性粒子亲疏水智能管，该智能管由基管、纳米磁性粒子、内插网及磁感应线组成，其中基管内表面沿周向分为间隔区以及智能表面区，内插网由绝缘网和导电金属网组成，智能表面区内部填充纳米磁性粒子，通过内插网中导电金属网网孔内穿过的磁感应线来控制各智能表面区域的纳米磁性粒子，磁感应线与多通道直流电源的不同通道相连，智能管外等距分若干个截面，每个截面上下端都焊接热电偶。
优选的，基管需要采用对纳米磁性粒子具有良好吸附性的材质制成，优选铁管或不锈钢管。
优选的，绝缘网采用具有高导热性强绝缘性的材料，优选玻璃布。
优选的，导电金属网采用导电性能好的材质制成，优选铜丝。
优选的，磁感应线(4)受电流刺激后产生的磁性改变了纳米磁性粒子之间的相互作用，纳米磁性粒子的孔隙率发生变化，使其呈现尖状或不规则团状，进而实现智能表面区的亲疏水转换。
一种亲疏水转换的智能表面换热管的控制系统，还包括计算机、热电偶、多通道直流电源，各个智能表面区的导电金属网网孔中的磁感应线与多通道直流电源的不同通道相连，基管外等距分若干个截面，每个截面上下端都焊接了热电偶，热电偶与计算机电连接，计算机还与多通道直流电源电连接并调节多通道直流电源各通道的电流，使磁感应线产生磁效应，进而使管内表面吸附的纳米磁性粒子与液滴的接触方式发生改变，由此进行亲疏水性能的转变。
本发明的有益效果是：
1、本发明构建润湿性可转换的智能表面，能够使智能管在进行相变传热时，通过施加磁场来改变管内表面纳米磁性粒子与液滴的接触方式，实现亲疏水性之间的可逆转换；
2、本发明在冷凝换热时，管内前期形成亲水表面降低蒸气成核能，促进液滴核化，使蒸气分子较快发生相变形成液滴，随着换热的进行，管内表面逐渐从亲水转变为疏水，使液滴冷凝并迅速脱落，表面凝液快速更新，降低蒸汽与换热界面之间的热阻从而强化传热。
3、本发明在沸腾换热时，前期管内为疏水表面，疏水表面可以在低过热度下成核，利于汽核的生成。随着换热的不断进行，管内的亲疏水性逐渐转变，底部疏水，中部和顶部区域表现为亲水，实现液滴的反重力定向输运，给壁面提供更多的液体，减少壁面的干涸，提高传热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的基管纵截面示意图；
图2是本发明控制系统图；
图3是本发明的基管横截面示意图；
图4是冷凝换热时纳米磁性离子的状态图；
图5是沸腾换热时纳米磁性离子的状态图；
在附图中：1、基管；101、间隔区；102、智能表面区；2、纳米磁性粒子；3、内插网；301、绝缘网；302、导电金属网；4、磁感应线；5、计算机；6、热电偶；7、多通道直流电源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图5所示一种纳米磁性粒子亲疏水智能管及其控制系统，该智能管由基管1、纳米磁性粒子2、内插网3、及磁感应线4组成，其中基管1内表面沿周向分为间隔区101以及智能表面区102，内插网3由绝缘网301和导电金属网302组成，智能表面区102内部填充纳米磁性粒子2，通过内插网3中导电金属网302网孔内穿过的磁感应线4来控制各智能表面区域的纳米磁性粒子2，磁感应线4与多通道直流电源7的不同通道相连；智能管外等距分若干个截面，每个截面上下端都焊接热电偶6，用于监测截面的上下端温度，进而将温度反馈于计算机5，计算机5可调节多通道直流电源7各通道的电流，使磁感应线4产生磁效应，进而使管内表面吸附的纳米磁性粒子2与液滴的接触方式发生改变，由此进行亲疏水性能的转变。
基管1优选对纳米磁性粒子2具有一定吸附性的材质制成，可优选铁管或不锈钢管，具有吸附性的铁管或者不锈钢管可以防止纳米磁性粒子2被冲走。
绝缘网301采用具有高导热性强绝缘性的材料，优选用玻璃布。
导电金属网302采用导电性能好的材质制成，优选铜丝。
磁感应线4受电流刺激后产生的磁性改变了受电流刺激后纳米磁性粒子2之间的相互作用，纳米磁性粒子2的孔隙率发生变化，使其呈现尖状或不规则团状，进而实现智能表面区102的亲疏水转换。
一种亲疏水转换的智能表面换热管的控制系统，包括计算机5、热电偶6、多通道直流电源7，各个智能表面区102的导电金属网302网孔中的磁感应线4与多通道直流电源7的不同通道相连，基管1外等距分若干个截面，每个截面上下端都焊接了热电偶6，热电偶6与计算机5电连接，计算机5还与多通道直流电源7电连接并调节多通道直流电源7各通道的电流，电流使磁感应线产生磁效应，电流强度的变化引起管内表面吸附的纳米磁性粒子与液滴的接触方式发生改变，由此进行亲疏水性能的转变。
该控制系统的工作原理如下：
智能管在进行冷凝换热时，首先多通道直流电源7释放电流控制基管1上半部分磁感应线4，将纳米磁性粒子2转变为疏水状态，其余智能表面区102表现为亲水状态，在亲水表面中可以降低蒸汽成核能，促进液滴核化，使蒸汽迅速发生相变形成液滴；随着换热的不断进行，在重力作用下，下表面的液体聚集，当液滴占据1/2管内表面时，控制计算机5调整多通道直流电源7各通道释放相同电流，使基管1内中部以及底部纳米磁性离子状态转换，使智能管完全转变为疏水状态，使液滴形成滴状冷凝并迅速脱落，快速更新表面的液滴，降低蒸汽与换热界面的热阻，强化传热。
基管1在进行沸腾换热时，首先将基管1内表面完全转变为疏水状态，在疏水表面下，低过热度也能快速生成气化核心，随着换热的不断进行，管内汽相逐渐增加，导致上表面比下表面温度高，上表面会产生干涸现象，当基管1内超过1/2的截面处于此现象时，计算机5调整多通道直流电源7各通道电流，使基管1中部以及底部纳米磁性粒子2转为疏水状态，使表面从底部到顶部的润湿性形成由疏水向亲水的梯度表面，底部疏水，中部和顶部区域表现为亲水，实现液滴的反重力定向输运，给壁面提供更多的液体，减少壁面的干涸，提高传热效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种纳米磁性粒子亲疏水智能管，其特征在于，包括基管(1)、纳米磁性粒子(2)、内插网(3)、磁感应线(4)，基管(1)内表面沿周向分为间隔区(101)以及智能表面区(102)，间隔区(101)和智能表面区(102)在基管(1)内表面沿周向交替分布，智能表面区(102)内部填充纳米磁性粒子(2)，内插网(3)由绝缘网(301)和导电金属网(302)交替衔接而成，每个智能表面区(102)的内表面均由导电金属网(302)覆盖，每个间隔区(101)的内表面由绝缘网(301)覆盖，磁感应线(4)从各个智能表面区(102)上的导电金属网(302)的网孔穿过，磁感应线(4)受电流刺激后产生的磁性改变了纳米磁性粒子之间的相互作用，且电流刺激后的纳米磁性粒子(2)呈现尖状或不规则团状。
2.根据权利要求1所述的一种纳米磁性粒子亲疏水智能管，其特征在于：基管(1)为铁管或不锈钢管。
3.根据权利要求1所述的一种纳米磁性粒子亲疏水智能管，其特征在于：绝缘网(301)为玻璃布。
4.根据权利要求1所述的一种纳米磁性粒子亲疏水智能管，其特征在于：导电金属网(302)由铜丝制成。
5.如权利要求1～4任一项所述的一种纳米磁性粒子亲疏水智能管的控制系统，其特征在于，控制系统包括计算机(5)、热电偶(6)、多通道直流电源(7)，各个智能表面区(102)的导电金属网(302)网孔中的磁感应线(4)与多通道直流电源(7)的不同通道相连，基管(1)外等距分若干个截面，每个截面上下端均焊接热电偶(6)，热电偶(6)与计算机(5)电连接，计算机(5)还与多通道直流电源(7)电连接并调节多通道直流电源(7)各通道的电流。
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| R245fa condensation heat transfer in a phase separation condenser;Shuang Cao;《Experimental Thermal and Fluid Science》(第98期);346-361 * |
| 亲疏水表面相变传热的智能调控研究;张磊;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技II辑》(第8期);C039-6 * |
| 微纳结构沸腾表面构建及传热性能的研究进展;曹泷等;《微纳电子技术》;第57卷(第12期);982-991 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114593630A (zh) | 2022-06-07 |
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Legal Events
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