热管已经广泛应用于能源利用和制冷等各种工业领域,热管通过蒸发器的蒸发快速吸收设备的热量产生蒸汽,再在冷凝器中通过冷凝过程将吸收的热量释放出去,从而达到热量从设备快速传递出去的目的。在普通热管的冷凝器中发生的是膜状冷凝,这种冷凝液膜粘附在蒸发器壁面上,产生的附加液膜热阻削弱了冷凝传热性能。因此,为了减小附加液膜热阻对热管换热性能的影响,珠状冷凝对提高热管性能显得尤为重要。
珠状冷凝比膜状冷凝的传热更高效,珠状冷凝不仅减小附加热阻同时还能维持较高的液滴冷凝核化数密度,进一步提高冷凝换热能力,从而减小传热面积,有效的节约成本,具有显著的经济效益。由于珠状冷凝涉及到冷凝表面改性、液滴形成、聚合、脱离和更新冷凝表面等过程,要实现这些复杂过程需要对冷凝表面进行疏水处理。

重力热管设备及技术原理
重力热管设备,包括蒸发器、绝热段和冷凝器,蒸发器和冷凝器分别与绝热段密封连接,蒸发器的内表面为超亲水表面,冷凝器的内表面为SLIPS表面。
重力热管设备还包括设置在绝热段侧面的工质充注口,充注的工质为水,密封连接为通过螺纹锥形密封面连接。
蒸发器和冷凝器材质为铜。超亲水表面为微纳复合结构表面;SLIPS表面为为纳结构超疏水表面通过植入含氟润滑油、硅油或离子液体复合而成。

蒸发器和冷凝器的制备方法,包括以下步骤:
(I)配置H2O2和HCl混合溶液以及NaOH和(NH4)2S2O8混合溶液;
(2)将蒸发器和冷凝器内表面依次用丙酮、乙醇和蒸馏水超声清洗,氮气吹干待用;
(3)将步骤(I)配置的H2O2和HCl混合溶液倒入步骤(2)预处理的蒸发器中,在第一温度下恒温刻蚀,之后用蒸馏水冲洗,氮气吹干;
(4)将步骤(I)配置的NaOH和(NH4)2S208混合溶液倒入步骤(3)刻蚀的蒸发器中,在第二温度下恒温刻蚀,之后用蒸馏水冲洗,氮气吹干,得到微纳复合结构的超亲水蒸发器;
(5)将步骤(I)配置的NaOH和(NH4)2S2O8混合溶液倒入步骤⑵预处理的冷凝器中,在第三温度下恒温刻蚀,之后用蒸馏水冲洗,氮气吹干,再在第四温度下恒温烘烤;
(6)将预先配置好的十三氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液倒入步骤(5)得到的冷凝器中,室温下浸泡第一时间,之后在第五温度下恒温烘烤,得到超疏水冷凝器;
(7)将含氟润滑油、硅油或离子液体滴在步骤(6)制备的超疏水冷凝器内表面,待表面被全部浸润后,竖立倒置冷凝器使得多余的润滑油流出冷凝器,最后得到SLIPS冷凝器。
步骤(I)中H2O2和HCl混合溶液中H2O2浓度为0.48wt%,HCl浓度为1.89mol/L;Na0H和(NH4)2S2O8混合溶液中NaOH浓度为2.5mol/L,(NH4)2S2O8浓度为0.lmol/L。
步骤(3)中第一温度为60°C,恒温刻蚀时间为60min;步骤(4)中第二温度为70°C,恒温刻蚀时间为30min。
步骤(5)中第三温度为700C,恒温刻蚀时间为30min;第四温度为180°C,恒温烘烤时间为60min;步骤(6)中十三氟辛基三乙氧基硅烷的浓度为1.0wt%,第一时间为12h,第五温度为120 0C,恒温烘烤时间为60min。
重力热管设备,蒸发器具有超亲水表面,冷凝器具有SLIPS表面,珠状冷凝减小了冷凝热阻,提高了热管整体换热能力。

优势如下:
I)相较于常规重力热管,这种热管在冷凝过程中能够形成滴状冷凝,大量液滴在SLIPS表面上迅速核化形成,由于全氟聚醚润滑油的存在,这些液滴“漂浮”在SLISP表面上而不会钉扎在表面上,相邻液滴会发生相互聚合作用,由于SLIPS表面具有很低的滑动角,聚合液滴在重力的作用下会沿SLIPS表面向下滑落,在滑落的过程中会清扫滑落路径上的小液滴,为下一次液滴核化提供冷凝表面,随着热流密度的增加,液滴滑落的频率也继续增加,进一步提升冷凝换热能力。
2)相较于常规重力热管,热管蒸发器具有的超亲水的微纳复合结构有良好的浸润效果,工质水能够迅速润湿整个蒸发器内表面,提高蒸发器的液膜蒸发能力,由于液膜蒸发远比核态沸腾的换热能力强,所以超亲水蒸发器的换热能力进一步提高。由于全氟聚醚润滑油与工质水完全不互溶,所以超亲水表面在水下转变成超疏油表面,冷凝液滴表面包裹的全氟聚醚润滑油在超亲水蒸发器中不会粘附在超亲水的微纳复合结构表面上,同时又因为全氟聚醚润滑油的沸点高于水的沸点,所以超亲水蒸发器中残余的全氟聚醚润滑油不会影响沸腾过程。
1、USLIPS蒸发器减小冷凝热阻,显著提高热管的冷凝换热能力;
2、超亲水蒸发器出现液膜蒸发,降低蒸发热阻提高沸腾换热能力;
3、热管的总体传热能力增强,同时具有良好的耐久性。
上述为重力
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