强化传热传质技术汇总

1.可变形多孔介质及超声波强化技术

① 可变形多孔介质传热传质及超声波强化技术

利用多尺度的实验和数值模拟方法深入研究了可变形多孔介质内热-湿-力耦合作用机理，通过分形理论描述可变形多孔介质内孔隙结构的演变规律。研究了超声波作用下可变形多孔介质内的热湿迁移过程，揭示了超声波作用下多孔介质孔隙结构变化规律，并利用分形理论对孔隙变化进行定量描述，对超声波的机械效应、空化效应以及热效应等贡献进行了分类研究，并通过场协同理论揭示了超声波强化技术的多场协同作用机理。

② 发明了制备静电辅助中空二氧化硅多孔液体的新方法及气体吸附

目前制备的多孔液体存在粘度较高，流动性差，部分存在久置沉淀的问题。稳定性和流动性成为制约多孔液体发展的重要因素。据此，提出将分子动力学方法应用于可变形多孔液体的分散稳定性模拟中，并结合实验表征，从宏观及微观尺度上揭示可变形多孔液体的在实际应用过程中的可行性。实验制备得到静电辅助中空二氧化硅多孔液体，结合了固体的多孔性和液体的流动性，相较于传统多孔气体吸附材料更具运输上的优势。

2.强化传热传质技术-泡沫金属

课题组围绕基于孔隙尺度与表面特性的泡沫金属传热传质机理、泡沫金属气液相界面非稳定性动态演化过程等关键科学问题开展研究工作。采用介观LBM改进的伪势模型模拟和可视化实验观测研究泡沫金属内相变传热机理及气液两相动力学行为，多方位研究多孔泡沫金属骨架、润湿性和重力场对气泡动力学行为的影响。研究结果得出超亲水样品的换热性能更优越，在中或高热通量区域（q≥20W⋅cm-2）具有更好的沸腾传热性能，该研究结果为泡沫金属池沸腾散热方案的研制与设计优化提供理论依据。

1 泡沫铜表面的改性处理

图2 具有不同热通量池沸腾期间在超亲水铜泡沫表面气泡行为

3.物理外场强化技术-高压电场强化建筑板材脱附有机挥发物：

引入分形重构方法对典型建筑板材的孔隙结构进行重构，并结合实验和理论研究方法，在多个空间尺度层次上对建材VOC包括脱附、扩散、散发在内的迁移行为以及外加静电场对其影响机理进行了分析研究；进行了温度和高压静电场对建材内甲醛散发过程综合作用影响的实验研究，发现电场强度的增加加快了建材内甲醛的散发过程，且分离系数在电场作用下比无电场作用时下降了30%；发明了一种空气净化设备内活性炭过滤层的脱附再生装置及脱附再生方法。以上研究为研发建材内有机挥发物的新型脱除方法提供进一步的理论支撑。

图1 分形重构与VOC浓度预测

2 电场强化甲醛散发、吸附过程实验研究

4.环路热管

环路热管（Loop Heat Pipe，LHP）是指一种回路闭合环型热管。一般由蒸发器、冷凝器、储液器及蒸气和液体管线构成。其工作原理为：对蒸发器施加热载荷，工质在蒸发器侧气化，产生的蒸气进入蒸气管线，继而进入冷凝器冷凝成液体并过冷，回流液体经液体管线返回蒸发器进行补给，如此循环，实现热量传递。

课题组进行了微通道平行流环路热管和复合热沉环路热管的研究。微通道平行流环路热管是一种新型散热装置，动力来自于上升，下降管的制冷剂密度差。故其具有布置灵活，能效比高，运行可靠等优点，主要用于数据机房、充电桩等密闭机柜散热的场合。复合热沉环路热管，主要实现两个作用，一是将芯片产生的所有热量排出，二是解决由于芯片自身的不均匀产热而引起局部热量堆积的严重问题，降低局部热点的温度，保证器件能够在满足工作要求的温度下可靠运行。

图1 微通道平行流环路热管环路热管结构示意图		图2 微通道换热器实物图

图3 复合热沉环路热管环路热管结构示意图

5.换热器研究

换热器的强化传热可以通过增大传热面积、平均传热温差和提高传热系数三个方面来实现，实际应用中提高传热系数成为研究重点。课题主要研究对象为管壳式换热器，由于蒸发器换热管束中分液不均是制约其换热性能的重要因素，两相制冷剂尤其是液相分配不均会导致制冷系统性能恶化。本课题主要通过改进管箱结构、加设均流板等方式，优化制冷剂的分配结构提高流体均配性能，研究均分特性对蒸发器传热性能的影响，达到蒸发器强化传热的目的。