[发明专利]一种基于外电场/等离子体调控碳纳米管阵列表面亲疏水的强化相变换热方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于外电场/等离子体调控碳纳米管阵列表面亲疏水原位转换的相变换热的强化方法和装置。包括如下步骤：1)制备碳纳米管阵列；2)将碳纳米管阵列的上下表面连接电极或者对碳纳米管阵列表面等离子体处理；3)通过对外电场/等离子体调控，实现对碳纳米管阵列表面亲疏水原位转换；4)利用亲疏水的相变换热表面分别进行冷凝换热和沸腾传热。

技术领域

本发明涉及一种在外电场/等离子体调控碳纳米管阵列表面亲疏水以强化相变换热的方法及装置。

背景技术

随着人口增长和传统化石能源的枯竭，能源短缺已成为人类社会面临的最严峻的全球性挑战之一，通过强化物体的相变换热特性，可以实现能源的有效利用。目前表面微纳结构强化相变换热技术可以使换热表面的相变换热系数比一般表面提高约一个数量级，是一种很有前途的技术。但是由于其固定的亲疏水程度，换热表面只能实现单一的冷凝换热或沸腾换热，而在换热器件智能化的趋势下，要求对相变表面亲疏水程度具有实时动态地调控以适应复杂变化的环境要求。目前，相变换热强化方法包括被动式和主动式。被动式的强化相变技术包括增加过冷度，表面改性等，主动式的强化相变换热技术包括电场、声频或超生振荡等外场作用。而碳纳米管阵列具有在电场/等离子作用下可实现纳米结构表面上接触角的转变，从超疏水到亲水的特性。在外电场/等离子体调控下，碳纳米管阵列相变换热表面可通过表面张力的变化从而对不同的相变环境进行强化。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种基于外电场/等离子体调控碳纳米管阵列实现表面亲疏水原位转换的方法。包括如下步骤：

1)制备碳纳米管阵列；

2)将碳纳米管阵列的上下表面连接电极或者对碳纳米管阵列表面等离子体处理；

3)通过对外电场/等离子体调控，实现对碳纳米管阵列表面亲疏水原位转换。

本发明的另一目的，在于提供所述的一种基于外电场/等离子体调控碳纳米管阵列实现表面亲疏水原位转换的方法在制备相变换热装置上的应用。

本发明的再一目的，在于提供基于外电场/等离子体调控碳纳米管阵列表面亲疏水的相变换热的系统，所述的系统包括电极和碳纳米管阵列，所述的碳纳米管阵列贴敷于强化相变的换热器与设备表面，可以根据不同环境要求，通过外电场/等离子体调节表面亲疏水性，控制系统与设备和外界环境之间的相变能量交换，实现对系统与设备温度的自主控制与管理。

本发明的再一目的，在于提供基于外电场/等离子体调控碳纳米管阵列表面亲疏水的相变换热的强化装置，所述的强化装置包括两腔室、用于隔离这两腔室的隔热层，以及贯穿所述隔热层的换热工件，所述的换热工件一端位于其中一腔室内，且该端设有碳纳米管阵列。另一端设于另一腔室；所述的碳纳米管阵列连接电极或设有能够对碳纳米管阵列进行等离子体处理的装置，通过对外电场/等离子体调控，实现对碳纳米管阵列表面亲疏水原位转换。

在优选的实施例中，所述的换热工件连接有热电偶。

在优选的实施例中，所述的换热工件包括正叉指结构和负叉指结构，所述的负叉指结构可插接于正叉指结构内或脱离。

在优选的实施例中，还包括冷却液体或冷凝蒸汽。

在优选的实施例中，还包括蒸汽发生装置，其连接碳纳米管阵列所在的腔室。

在优选的实施例中，所述的热电偶数量为四个，还包括采集四个等距离点温度的信号数据采集器和电脑。

本发明基于外电场/等离子体调控碳纳米管阵列实现表面亲疏水原位转换的方法，是基于外电场/等离子体调控下，碳纳米管阵列表面与液体之间表面张力发生了变化。结合碳纳米管相变换热过程，其有区别传统的相变换热过程。是一种新型的基于外电场/等离子体调控碳纳米管阵列表面亲疏水的强化相变换热方法。