【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及沸腾换热领域，特别涉及一种颗粒流体的强化沸腾换热装置。
技术介绍
1、在“双碳”目标深入实施的背景下，各类能源动力装置正朝向高功率密度、结构紧凑及轻量化方向演进。这一趋势带来了设备产热量急剧攀升与散热空间大幅缩减的矛盾与挑战。鉴于流动沸腾技术卓越的传热效率，在冷却散热领域内得到了普遍应用。此外，通过在冷却介质中掺入固体颗粒形成的颗粒流体，凭借颗粒的高导热特性及对流增强作用，进一步显著提升了热交换能力。因此，将颗粒流体与流动沸腾相结合的强化冷却策略，在冷却通道中的应用日益受到业界瞩目。
2、然而，由于颗粒的密度往往高于流体，它们容易在热表面沉积，这不仅显著削弱了对流扰动的效果，还可能对热表面的结构造成不良影响，进而引发沸腾过程的不稳定性。为了解决这一问题，众多学者尝试通过施加交变磁场或电场等手段来主动调控颗粒的运动，以此创造振荡扰动效应，从而增强传热性能。但这种方法的一个显著缺点是，外场的引入必然伴随着额外能量的消耗。因此，探索无需额外能量输入即可实现颗粒自主调控的新途径，成为了当前强化传热技术研究中的一个创新方向。
3、专利技术专利cn202410685578.9提供了一种热胀冷缩颗粒，其核心思想是在颗粒内部包裹一种热胀冷缩的材料，进而实现颗粒密度的调控。但是在实验过程中材料体积受热膨胀的程度是有限的，并且膨胀程度受温度决定，温度较低时，膨胀程度较低。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种颗粒流体的强化沸腾换热装置，
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种颗粒流体的强化沸腾换热装置，包括冷却通道、颗粒和冷却介质，所述冷却通道具有冷表面和热表面，所述颗粒和冷却介质可在冷却通道内流动，所述颗粒包括颗粒外壳和内核，所述内核位于颗粒外壳内，所述颗粒外壳与内核之间存在与外部冷却介质连通的空腔，通过冷表面和热表面之间温度变化，使所述空腔内产生汽泡或汽泡溃灭，从而改变颗粒密度，用于使颗粒在冷表面和热表面之间振荡运动。
4、进一步，当所述颗粒靠近热表面时，通过在空腔内发生沸腾并产生汽泡，用于提供浮力使颗粒向冷表面运动；当所述颗粒远离热表面时，所述空腔内汽泡冷凝而溃灭，使颗粒向热表面运动。
5、进一步，所述内核由弹性材料包裹的相变材料构成，通过温度的变化，使相变材料发生相变。
6、进一步，当所述相变材料靠近冷表面时，所述相变材料温度低于相变材料熔点，所述相变材料为固相；当相变材料温度超过相变材料熔点时，所述相变材料由固相转化为液相，用于排出空腔内的部分冷却介质。
7、进一步，所述颗粒的当量直径为0.2-2mm，所述空腔占颗粒的体积比20-60％，所述内核占颗粒的体积比为45-70％。
8、进一步，所述颗粒外壳的内表面为疏水性质，用于促进汽泡成核。
9、进一步，所述颗粒外壳的内表面的接触角为110-170°。
10、进一步，所述颗粒外壳形状为球形、椭球形、多面体的一种或多种；所述颗粒外壳的材料为导热性的金属单质、金属氧化物、非金属单质、非金属氧化物中的一种或多种组合。
11、本专利技术的有益效果在于：
12、1.本专利技术所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，通过颗粒外壳与内核之间存在与外部冷却介质连通的空腔，利用温度变化，使空腔内产生汽泡或汽泡溃灭，而产生汽泡可以减小颗粒密度的同时增加颗粒浮力，而汽泡溃灭可以增加颗粒密度，从而促进使颗粒在冷表面和热表面之间振荡运动。
13、2.本专利技术所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，内核由弹性材料包裹的相变材料构成，这样颗粒能够自发的在冷却通道的冷热表面间形成振荡运动，且相变材料会在冷热表面之间发生相变，充分利用相变材料的相变吸收潜热的能力，相变后的颗粒整体密度进一步减小，促进颗粒的震荡运动；而颗粒的震荡运动，不仅能够提高颗粒与热表面和冷却介质间的热量传递效率，还能与热表面汽泡碰撞，进而促进汽泡脱离。
14、3.本专利技术所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，弹性材料包裹的相变材料其相变程度受温度影响较小，只要温度超过其熔点，该相变材料即能从固相转变为液相，低于则反。相比现有技术中膨胀材料膨胀的大小受温度影响较大，温度波动较大时，膨胀程度不可控。相变材料不仅能够吸收相变潜热进而强化传热，并且能使其体积膨胀使颗粒整体密度降低，进而促进颗粒的流化运动。
15、4.本专利技术所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，颗粒外壳内表面均呈现疏水特性，能够促进汽泡核化，颗粒腔内沸腾汽泡将进一步使颗粒的整体密度降低，促进颗粒的流化运动。
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1.一种颗粒流体的强化沸腾换热装置，包括冷却通道(1)、颗粒(5)和冷却介质(4)，所述冷却通道(1)具有冷表面(3)和热表面(2)，所述颗粒(5)和冷却介质(4)可在冷却通道(1)内流动，其特征在于，所述颗粒(5)包括颗粒外壳(6)和内核，所述内核位于颗粒外壳(6)内，所述颗粒外壳(6)与内核之间存在与外部冷却介质(4)连通的空腔，通过冷表面(3)和热表面(2)之间温度变化，使所述空腔内产生汽泡或汽泡溃灭，从而改变颗粒(5)密度，用于使颗粒(5)在冷表面(2)和热表面之间振荡运动。
2.根据权利要求1所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，其特征在于，当所述颗粒(5)靠近热表面(2)时，通过在空腔内发生沸腾并产生汽泡，用于提供浮力使颗粒(5)向冷表面(3)运动；当所述颗粒(5)远离热表面(2)时，所述空腔内汽泡冷凝而溃灭，使颗粒(5)向热表面(2)运动。
3.根据权利要求1所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，其特征在于，所述内核由弹性材料(7)包裹的相变材料(8)构成，通过温度的变化，使相变材料(8)发生相变。
4.根据权利要求2所述的颗粒流体的强化
5.根据权利要求1所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，其特征在于，所述颗粒(5)的当量直径为0.2-2mm，所述空腔占颗粒(5)的体积比20-60％，所述内核占颗粒(5)的体积比为45-70％。
6.根据权利要求1所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，其特征在于，所述颗粒外壳(6)的内表面为疏水性质，用于促进汽泡成核。
7.根据权利要求6所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，其特征在于，所述颗粒外壳(6)的内表面的接触角为110-170°。
8.根据权利要求1所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，其特征在于，所述颗粒外壳(6)形状为球形、椭球形、多面体的一种或多种；所述颗粒外壳(6)的材料为导热性的金属单质、金属氧化物、非金属单质、非金属氧化物中的一种或多种组合。
...【技术特征摘要】
1.一种颗粒流体的强化沸腾换热装置，包括冷却通道(1)、颗粒(5)和冷却介质(4)，所述冷却通道(1)具有冷表面(3)和热表面(2)，所述颗粒(5)和冷却介质(4)可在冷却通道(1)内流动，其特征在于，所述颗粒(5)包括颗粒外壳(6)和内核，所述内核位于颗粒外壳(6)内，所述颗粒外壳(6)与内核之间存在与外部冷却介质(4)连通的空腔，通过冷表面(3)和热表面(2)之间温度变化，使所述空腔内产生汽泡或汽泡溃灭，从而改变颗粒(5)密度，用于使颗粒(5)在冷表面(2)和热表面之间振荡运动。
2.根据权利要求1所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，其特征在于，当所述颗粒(5)靠近热表面(2)时，通过在空腔内发生沸腾并产生汽泡，用于提供浮力使颗粒(5)向冷表面(3)运动；当所述颗粒(5)远离热表面(2)时，所述空腔内汽泡冷凝而溃灭，使颗粒(5)向热表面(2)运动。
3.根据权利要求1所述的颗粒流体的强化沸腾换热装置，其特征在于，所述内核由弹性材料(7)包裹的相变材料(8)构成，通过温度的变化，使相变材料(8)发生相变。
4.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员：董非，陈鑫，尹必峰，贾和坤，张颖，倪捷，李霄翔，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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