[发明专利]一种超超临界强化流体传热方法及传热介质

说明书

技术领域

本发明涉及利用超临界流体进行传热的方法，以及一种超超临界强传热介质，通过在基础超临界传热介质中加入辅助超临界传热介质以实现高效的传热。

背景技术

利用传热介质传热是最常见的一种传热方式，即利用传热介质在热源处吸收热量，并使吸收热量后的传热介质在放热设备或放热端内放出热量，到达传热的目的。传热介质作为一种流体，在密闭、封闭或半封闭的系统内流动。这种传热方式被广泛应用于工业领域以及民用、工业设备中。

传热过程包括换热、集热、散热、蓄热的热量的传递、交换、收集、储存、应用、控制、管理的所有过程，在本发明中，传热的概念包括以上所述的所有的过程。

根据传热介质在传热过程中是否有相变发生，可以分为有相变的传热，例如在空调、热泵中，采用氟里昂或氨、烷烃、水等作为传热介质，传热介质在蒸发器内从外界吸收热量，由液态变化为气态，然后经过压缩机、节流阀或泵等设备调节压力后，在冷凝器内由气态变成液态放出热量，来实现热控制或热管理。这种过程中传热介质在吸热及放热过程中有相变发生，属于相变传热。同样，在热管传热过程中，热管内的传热介质在吸热端由液态变为气态吸收热量，在放热端则由气态变成液态放出热量，也属于相变传热。还有，在工业换热(升温、冷却)过程中或民用采暖过程中，如果用蒸汽采暖，则在换热设备存在相变；如果用水或其它流体作为传热介质，通常在传换过程中不存在相变过程，属于非相变传热，如在民用采暖过程中通入到楼宇及家庭的散热器中的高温水，或在发动机冷却系统中，电子器件冷却系统中，以及机械设备中用于冷却设备的机油等，常用流体循环来将热量传递到外部环境达到热控制或热管理的目的，所用的传热介质即流体可以为液体、气体或气液以及沸腾状态的混合物。

在航天和军事产品中，有比普通工业产品更高的传热性能要求，特别是对热控制的精度有更高的要求，所涉及的产品的应用的领域虽然不同，但其整体的热控制热管理的要求更高。

换热的目的一般来说是对热量进行交换或对温度进行热控制或热管理，通常，换热的热流量大小受换热设备的换热面积、传热介质的导热系数、热容量及流量、传热的热阻、传热温差的影响。通常，在一般传热系统中，换热设备的面积是一个固定的参数，传热介质的导热系数、热容量也是一定的，热控制或热管理往往是通过改变传热介质的循环量来实现的，在热泵或空调等系统中还通过控制蒸发设备及冷凝设备的操作压力来进行热控制或热管理调节。

超临界流体(SCF)指热力学状态处于“临界点”以上的流体；即在临界温度和临界压力以上的流体，超临界流体兼有液体和气体的双重特性，密度大、扩散系数大、粘度小、渗透性好；在临界点附近流体的物理化学性质随温度在临界点附近流体的物理化学性质随温度和压力的变化极其敏感，在不改变化学组和压力的变化极其敏感，在不改变化学组成的条件下，即可通过压力调节流体性质。超临界流体技术自上世纪超临界流体技术自上世纪70年代开始崭露年代开始崭露头角，以其环保、高效等显著优势轻松超头角，以其环保、高效等显著优势轻松超越传统技术，迅速渗透到传统技术，渗透到萃取分离、石油萃取分离、石油化工、化学工程、材料科学、生物技术化工、化学工程、材料科学、生物技术与医药、环境工程、纳米技术等诸多领域，并成为这些领域发展的主导之一。然而，超临界流体的传热性能的研究，仅限于将其作为一种流体进行研究，如作为一种流体，采用外界的特殊泵提供动力，来实现的流体传热；

1985年10月，Nitsche和Straub在航天飞机内一次实验中意外发现，流体的主流温度随壁温改变很快，系统趋于热平衡所用时间远低于原先估计所需的时间，注意此时的传热过程，导热非常微弱，对流受到抑制，辐射可以忽略，但热能仍较快地从壁面传给主流，所以这里面蕴涵着一种新的传热机理，此后，一些实验先后证实了这一奇异的传热现象，该传热现象被称为活塞效应，Zappoli指出“活塞效应实质上是一种热声效应”，是导热、对流和辐射以外的第四种传热机理。

超临界流体有很多特殊的性质，特别是在其临界点及其附近，具备很高的传热能力，因而利用超临界流体的传热能力来实现高效的传热，是一种广泛被研究的课题。

发明内容