[发明专利]一种强化珠状冷凝换热的SLIPS定向输运传热管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种强化珠状冷凝换热的SLIPS定向输运传热管的制备方法，采用机械加工法在传热管外壁面加工环形螺纹结构，该环形螺纹结构增加了冷凝换热面积，有利于液滴冷凝，螺纹侧面、顶端和螺纹沟槽表面具有纳米结构，植入润滑液之后形成稳定的SLIPS表面，由于润滑液的表面能非常低且与冷凝液滴互不相溶，所以冷凝液滴会漂浮在SLIPS表面上，降低SLIPS表面上液滴的迟滞角，进一步减小冷凝液滴与SLIPS表面之间的粘滞力，促使微液滴在螺纹侧壁和沟槽中发生聚集合并与迁移运动，液滴从核化形成到脱离定向输运槽道表面的时间周期变短，加速冷凝核化过程，削弱换热热阻，显著增强冷凝换热能力。

技术领域

本发明属于传热管设计领域，尤其涉及一种强化珠状冷凝换热的SLIPS定向输运传热管及其制备方法。

背景技术

冷凝换热广泛应用于制冷、电子设备冷却、化工、核工业等领域。两种介质之间通过传热管交换热量，管内工质流经传热管时将冷量传递给管壁，同时吸收蒸汽在管壁冷凝释放的相变潜热，从而达到热量交换的目的。普通传热管表面容易形成膜状冷凝，冷凝液膜的附加热阻严重削弱表面的冷凝换热性能，而珠状冷凝形成一个个独立的冷凝液滴，显著减小冷凝热阻，研究表明珠状冷凝比膜状冷凝的换热性能高一个数量级。因此，维持持续稳定的珠状冷凝状态，对增强传热管的冷凝相变换热性能尤为重要。

由于常规金属传热管表面很容易形成膜状冷凝，这种冷凝液膜无法及时排泄，增大冷凝相变换热热阻，限制冷凝换热性能的进一步增强。如果在表面上实现珠状冷凝，促使冷凝微液滴聚集合并，随后自发形成定向输运，有利于液滴快速脱离并清扫壁面，为再次冷凝核化提供足够的冷凝换热面积，最终显著提高表面的冷凝相变换热能力，故为了增强并维持高效的冷凝换热能力，在传热管外表面形成具有SLIPS定向输运的螺纹沟槽结构具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种强化珠状冷凝换热的SLIPS定向输运传热管及其制备方法，不仅增大了传热管冷凝换热面积，而且能够持续高效的促使蒸汽的冷凝核化、微液滴自发聚集合并、液滴的定向输运和清扫，减少冷凝换热热阻，显著增强传热管的冷凝换热能力。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种强化珠状冷凝换热的SLIPS定向输运传热管的制备方法，包括如下步骤：

S1：提供一传热管，于传热管的外壁上加工环形螺纹结构；

S2：传热管预处理，将经过步骤S1处理过的传热管进行清洗处理，除去传热管表面的有机物及氧化物；

S3：超亲水处理，配置NaOH和(NH₄)₂S₂O₈的混合碱性溶液，将经过步骤S2处理过的传热管置于混合碱性溶液中进行恒温氧化，然后用蒸馏水对传热管进行清洗，再将传热管进行恒温干燥，得到具有纳米结构的超亲水传热管；

S4：超疏水处理，配制氟硅烷溶液，将经过步骤S3处理过的传热管置于氟硅烷溶液中浸泡，然后将传热管进行恒温烘烤，得到超疏水传热管；

S5：制备SLIPS表面，将润滑液植入超疏水传热管外表面，待外表面被全部浸润后，竖立传热管使得多余的润滑液流掉，最后得到具有SLIPS表面的定向输运螺纹沟槽传热管。

优选地，步骤S3中的混合碱性溶液中，NaOH的摩尔物质量浓度与(NH₄)₂S₂O₈的摩尔物质量浓度比为25：1。

优选地，步骤S4中的氟硅烷溶液中十三氟辛基三乙氧基硅烷或十七氟奎基三乙氧基硅烷的浓度为0.5～1.5wt％。

优选地，所述步骤S3中的恒温氧化温度为65～75℃，恒温氧化时间为30～40min，恒温干燥温度为40～50℃，恒温干燥时间为55～65min。