专利摘要

本发明属于强化传热技术领域，一种强化沸腾换热的微尺度协同表面结构，包括大槽、小槽、连接槽、微肋、基面和超疏水涂层；所述强化沸腾换热结构的基表面通过机械切削、结构电镀或激光烧灼形成协同尺度表面；基表面通过肋条分割形成大槽、小槽和连接槽。本发明的微尺度协同结构表面能够达到产生毛细力作用，使液体能更快到达汽化核心点，并且还能满足不同过热度条件下，沸腾换热汽化过程对尺度的需求，而且大槽与小槽之间的连接槽使得槽间液体相互作用，蒸汽更容易排出，进而强化沸腾传热。

权利要求

1.一种强化沸腾换热的微尺度协同结构，其特征在于，所述强化沸腾换热表面微尺度协同结构包括：大槽(1)、小槽(2)、连接槽(3)、肋条(4)、基面(5)和超疏水涂层(6)；所述强化沸腾换热结构的基面(5)表面，通过机械切削、结构电镀或激光烧灼形成协同尺度表面；在基面(5)表面，通过肋条(4)分割形成大槽(1)、小槽(2)和连接槽(3)；

所述的大槽(1)与小槽(2)为交错排布，大槽(1)与小槽(2)由多个均匀、间隔排布的微尺度肋条形成，肋条的宽度L3为50-100μm；小槽(2)的槽宽L1为50-100μm，小槽(2)槽深H为200-300μm；大槽(1)的槽宽L2为400-700μm；小槽(2)通过化学和机械方式形成超疏水涂层(6)；

所述的连接槽(3)为同一排肋条，各肋条之间的距离一样；肋条的长度L4为500-800μm，连接槽(3)的槽宽L5为150-250μm。

2.根据权利要求1所述的一种强化沸腾换热的微尺度协同结构，其特征在于，所述大槽(1)、小槽(2)和基面(5)的材质包括金属和无机非金属材料，大槽(1)与小槽(2)的材质与基面(5)的材质相同或不同。

3.根据权利要求1或2所述的一种强化沸腾换热的微尺度协同结构，其特征在于，所述超疏水涂层(6)为含氟聚合物的低表面能材料。

说明书

技术领域

本发明属于强化传热技术领域，设计了一种可以调控汽泡生长过程的微尺度协同表面结构。

背景技术

以可持续方式不断满足全球能源需求增长的众多挑战中，几十年来，改进相变换热一直处于工程研究的最前沿。与相变传热相关的高传热率对能源和工业应用都至关重要，但相变传热存在在低热密度情况下的换热效率低下问题。而微纳米相关技术可以使表面尺寸结构能够从分子到厘米量级，这些技术能够获得硅基表面、烧结结构和聚合涂层。不同结构表面在实际情况中能够影响多相转化过程。沸腾换热则是指在液体内部以产生汽泡形式进行的汽化过程，物质的汽化潜热巨大，使得沸腾换热具有高热流密度，从而使冷却表面具有高效冷却效果。对于沸腾换热表面的改进工作，已经从传统表面结构(如肋片结构等)发展到当前的微结构表面。而疏水表面涂层能够有效地降低表面的初始沸腾点，能更多地产生汽化核心数目，从而强化沸腾表面传热效果。但是在高热流密度情况下，需要更大的结构尺寸满足汽泡溢出要求。单一尺度微结构表面不能克服沸腾传热过程，热力学非平衡汽泡生长的根本原因在于：单一尺度表面结构不能协调蒸汽溢出与液体吸入对孔径的不同需求。而不同尺度相互协调共同促进沸腾传热的过程，从而满足沸腾传热不同阶段对不同尺度的需求。由此可见，不同尺度协同结构表面能够满足沸腾传热汽泡特性的需求，从而可以较大提升沸腾传热能力。

发明内容

本发明的目的在于克服单一微结构的不足，提出了一种微尺度协同表面结构。

本发明的技术方案：

一种强化沸腾换热的微尺度协同表面结构，包括大槽1、小槽2、连接槽3、微肋4、基面5和超疏水涂层6；所述强化沸腾换热结构的基面5表面，通过机械切削、结构电镀或激光烧灼形成协同尺度表面；在基面5表面通过微肋4分割形成大槽1、小槽2和连接槽3；

所述的大槽1与小槽2为交错排布，大槽1与小槽2由多个均匀、间隔排布的微肋形成，微肋的宽度L3为50-100μm；小槽2的槽宽L1为50-100μm，小槽2槽深H为200-300μm；大槽1的槽宽L2为400-700μm；小槽2通过化学和机械方式形成超疏水涂层6；

所述的连接槽3为同一排微肋，各微肋之间的距离一样；微肋的长度L4为500-800μm，连接槽3的槽宽L5为150-250μm。

本发明的有益效果：在镍基板表面上制造了两种微米级尺度协同微槽结构，且采用连接孔的方式，使两种尺度的微槽道相互贯通。小槽底部涂超疏水涂层从而达到在小槽内产生汽化核心效果，并借助大小槽协同作用，在大槽中使汽泡生长和脱离的目的。协同表面在低热流密度情况下，小槽底部的超疏水涂层能够降低起始沸腾的过热度，汽化核心主要在小槽中产生，但小槽内限制了汽泡的生长，但小槽中产生的毛细压力可以使槽内迅速充满液体，促进了汽泡在槽内的脱离，增强了沸腾换热效果。在高热流密度情况下，汽泡的生长过程发生了变化，汽化核心在小槽中产生，通过连接孔的形式在大槽中生长和脱离，大槽并没有限制汽泡的生长过程。而且在连接槽作用下，小槽内产生的毛细压力也能使大槽迅速充满液体，有充足的过热液体，汽泡脱离直径减小，生长时间变短，从而增强了沸腾换热效果。由此可见，微尺度协同结构能够达到产生毛细力的作用，从而使液体能够更快到达汽化核心点；大槽与小槽之间的连接槽使得大槽也能快速的充满液体，强化沸腾传热的效果。

附图说明

图1是一种强化沸腾换热的微尺度协同表面结构三维简图；

图2是大槽与小槽的结构特征；

图3是连接槽的结构特征；

图中：1大槽；2小槽；3连接槽；4微肋；5基面；6超疏水涂层。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1～3所示，一种表面强化沸腾换热的微尺度协同结构，包括大槽1、小槽2、连接槽3、微肋4、基面5和超疏水涂层6；所述的强化沸腾结构的基面5表面通过机械切削、结构电镀或激光烧灼形成协同尺度表面；在基面5表面通过微肋4分割形成大槽1、小槽2和连接槽3；

所述的大槽1与小槽2为交错排布，大槽1与小槽2由多个均匀、间隔排布的微肋形成，微肋的宽度L3为50-100μm；小槽2的槽宽L1为50-100μm，小槽2槽深H为200-300μm；大槽1的槽宽L2为400-700μm；小槽2通过化学和机械方式形成超疏水涂层6；

所述的连接槽3为同一排微肋，各微肋之间的距离一样；微肋的长度L4为500-800μm，连接槽3的槽宽L5为150-250μm。

所述的基面5的材质包括金属和无机非金属材料。

所述的超疏水涂层6为含氟的聚合物的低表面能材料。

所述的大槽1与小槽2的材质包括金属和无机非金属材料，采用与基面5相同的材料。

所述表面结构强化沸腾的方法，不同热流密度情况下，激活不同结构尺寸的汽化核心。在热流密度较小的，汽化核心产生的地方是在小槽2底部的疏水表面中，随着热流密度的增加，汽泡的直径增大，小槽2内会限制汽泡的生长。在较高热流密度情况下，连接槽3的汽化核心会被激活，随着汽泡直径的增加，汽泡会往大槽1中生长、脱离。大槽1中充足的过热液体，能够加快汽泡的生长和脱离，达到强化沸腾的作用。而在高热流密度情况下，大槽1内的汽化核心被激活，使得汽泡脱离直径更大，且由于大槽1内有充足的液体，汽泡脱离频率更快。这种微尺度协同结构表面，本身是一种亲水表面，能够满足沸腾换热对毛细压力的要求。又能在较大范围内满足汽泡对结构尺寸的需求，从而能够强化沸腾传热。

本发明的具体工作过程如下：

在池沸腾换热状况下，沸腾换热表面在被加热升温后，达到较小过热度情况下，小槽2底部的超疏水涂层6表面开始产生汽泡。这是主要是由于疏水表面材料能够降低表面沸腾起始温度，从而在较低过热度下产生汽化核心，此时汽泡主要是在小槽2中产生，而且这种微结构还具有一定的亲水功能，能够加快汽泡生长，促使汽泡快速的脱离表面，从而达到强化低过热度沸腾换热的效果。随着加热功率的增加，汽泡脱离直径增加，这是由于水的表面张力随着温度的升高而减小，导致汽泡脱离时的直径更大。而此时小槽2内槽宽很小，限制了汽泡的增长，但连接槽3内附近的汽化核心会被激活，随着汽泡的直径的增加，汽泡会往大槽1方向生长和脱离，而且大槽1中有足够的过热液体并且不限制汽泡的生长，能够加快汽泡的脱离，达到强化沸腾传热的效果。由于小槽2中产生的毛细压力，使得汽泡脱后在大槽1中产生的空穴能够迅速充满液体，为下一个汽泡的生长和脱离做准备。高热流密度情况下，大槽1内的汽化核心会被激活，且由于汽泡生长没有受到槽宽的限制，汽泡的直径增加，带走的汽化潜热更大。同时，小槽2中产生的毛细压力能够使液体从连接槽中流向大槽1，保证大槽1内有充足的液体，加快汽泡脱离的频率，强化了沸腾换热效果。由于该微尺度协同表面结构具有亲水性，能够延迟临界热流密度。这种结构表面能在较大热流密度区域内，满足液体吸入和汽泡脱离对结构尺寸的要求，达到强化沸腾传热的作用。

一种强化沸腾换热的微尺度协同表面结构专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。