一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管，由毛细铜管弯曲或盘绕而成，其两端互通并形成闭环回路，闭环回路内充注有可循环流动的相变传热工质，工质为高导热系数的石墨烯纳米粒子与R141b制冷剂混合形成的石墨烯纳米流体。通过本发明专利技术石墨烯纳米制冷脉动热管可以解决了传热工质导热系数较低的问题，显著提升传热工质的导热性能，提高传热效率，减少热管启动时间；同时R141b制冷剂相变潜热大，把R141b制冷剂作为相变传热工质能够强化传热热流密度，且饱和温度低使得脉动热管启动速度快。

A kind of graphene nano refrigerant pulsating heat pipe

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管
本专利技术涉及脉动热管领域，尤其涉及一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管。
技术介绍
脉动热管作为高热流密度传热元件，广泛应用用于中高温太阳能集热、电子元器件散热、大平面热量雷达面、大功率动力电池冷却或恒温加热、LED照明或显示、电磁体冷却等用途。脉动热管加热或冷却装置具有体积小、结构简单、传热效率高、可靠性高、制造成本低等优点，受到越来越多的重视。因此研究者对脉动热管的工作机理和热传输特性进行了许多理论和实验研究，其中影响脉动热管传热性能的主要因素有脉动热管的工质、充液率、脉动热管的结构等。但大多数脉动热管相变传热工质导热系数较低，制约了脉动热管的传热效率。将纳米粒子添加到传统的相变传热工质中形成纳米流体相变工质，是提升脉动热管相变传热、强化脉动热管的传热效率的有效手段，其中的关键是选择合适的纳米粒子。石墨烯具有导热系数高、比表面积大且能够稳定分散于有机相变工质中，适合制备纳米流体相变工质。将石墨烯纳米制冷剂充注于脉动热管中有望显著强化工质相变传热性能，提升脉动热管传热效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管装置。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管，管体采用毛细铜管弯曲或盘绕制成、两端互通形成闭环回路，闭环回路内充注有循环流动的相变传热工质，所述相变传热工质为石墨烯纳米粒子与制冷剂R141b在表面活性剂的作用下混合形成的石墨烯纳米流体，相变传热工质的体积充液率小于等于80％。作为本专利技术一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管进一步的优化方案，所述石墨烯纳米粒子为多层石墨烯，厚度小于8nm，比表面积为600-750m2/g，导热系数为5300W/m•K。作为本专利技术一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管进一步的优化方案，所述石墨烯纳米粒子质量浓度为1-10％，表面活性剂为十二烷基硫酸钠，制冷剂R141b的相变温度为32℃。作为本专利技术一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管进一步的优化方案，脉动热管的倾角为90°。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术提供了一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管，通过将高导热性能石墨烯纳米粒子添加到制冷剂中形成纳米流体作为脉动热管中的相变工质，大幅降低了脉动热管相变过程的传热热阻，提升脉动热管传热效率；制冷剂相变潜热大使得脉动热管传递热流密度高，饱和温度低使得脉动热管启动速度快；表面活性剂的加入不仅能够提升石墨烯纳米制冷剂的稳定性，还能降低相变传热工质的表面张力，从而减小流动阻力，缩短脉动热管启动时间。附图说明图1为本专利技术一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管的结构示意图；图2为本专利技术一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管运行过程中石墨烯纳米粒子迁移示意图。图中，1-饱和蒸气，2-石墨烯纳米流体，3-毛细铜管，4-石墨烯纳米粒子，A-冷凝段，B-绝热段，C-加热段。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。图1为本专利技术一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管的结构示意图，本实施例提供了一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管，管体由内壁面光滑、润湿性好的毛细铜管弯曲或盘绕而成，其两端互通并形成闭环回路；闭环回路分为三段：加热段、绝热段和冷却段，加热段位于所诉热管下部与热源紧密接触，冷却段位于所诉热管上部冷源紧密接触，绝热段位于所诉热管中部；闭环回路内充注有可循环流动的相变传热工质，由于管径足够小，管内将形成气泡柱和液体柱间隔布置并呈随机分布的状态；工质为高导热系数的石墨烯纳米粒子与R141b制冷剂在表面活性剂的作用下混合形成的石墨烯纳米流体，质量浓度为1%；石墨烯纳米粒子为多层石墨烯，厚度小于8nm，比表面积为600-750m2/g，导热系数为5300W/mK；所诉制冷剂一个大气压下相变温度为32℃；充注量为液体体积容量50％，剩余空间为R141b饱和蒸气。加热段随着热源的温度升高，热量传递到脉动热管内部加热内部工质石墨烯纳米制冷剂，工质吸收热量后相变气化产生饱和蒸气推动工作介质向冷端流动，将热量传递到冷端；高导热性能石墨烯的加入强化了相变传热过程，缩短饱和蒸气产生时间。冷却段与低温冷源紧密接触，饱和蒸气通过管壁面传递热量给低温冷源，饱和蒸气液化，释放出大量相变潜热，管内压力降低，由于压差液体被迅速推动到加热段，形成吸放热循环。图2为脉动热管运行过程中石墨烯纳米粒子迁移示意图，工质在管内形成气泡柱和液体柱随机间隔分布的状态，脉动热管的倾角为90°；液体柱在加热段蒸发后形成饱和蒸气，剩余的固态石墨烯纳米粒子将由自身重力或随饱和蒸气气流重新回到并分散于制冷剂流体中继续强化下一段液体柱相变传热，从而使得石墨烯纳米粒子能够在脉动热管中循环，提升脉动热管传热效率。本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施方式而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管，其特征在于，脉动热管的管体采用毛细铜管弯曲或盘绕制成、两端互通形成闭环回路，闭环回路内充注有循环流动的相变传热工质，所述相变传热工质为石墨烯纳米粒子与制冷剂R141b在表面活性剂的作用下混合形成的石墨烯纳米流体，相变传热工质的体积充液率小于等于80％。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯纳米制冷剂脉动热管，其特征在于，脉动热管的管体采用毛细铜管弯曲或盘绕制成、两端互通形成闭环回路，闭环回路内充注有循环流动的相变传热工质，所述相变传热工质为石墨烯纳米粒子与制冷剂R141b在表面活性剂的作用下混合形成的石墨烯纳米流体，相变传热工质的体积充液率小于等于80％。


2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米制冷剂脉动热管，其特征在于，所述石墨烯纳米粒子为多...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，冯诗愚，彭浩，江荣杰，刘卫华，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32