[发明专利]一种用于强化沸腾传热的复合微柱-多孔的表面结构

说明书

本发明公开了一种用于强化沸腾传热的复合微柱‑多孔的表面结构，属于强化沸腾传热领域。本发明包括加热基板以及在基板上的若干微柱形复合多孔表面微结构，微柱结构顶部为多孔材料制备而成的毛细芯，底部为复合材料，结构内部为高导热材料，外部包裹一层高热阻材料，微结构之间形成通道。本发明的目的在于表面结构通过高热导率微柱将热量引入流体内部，利用多孔材料增加气化核心，降低沸腾起始点及抽吸供液，降低了沸腾壁面温度过热度，加快了气泡脱离速率，及时引射流体工质进入多孔芯，形成稳定的气液流动路径，避免在加热面直接沸腾形成气膜，实现了对沸腾传热的强化。

技术领域

本发明涉及强化沸腾传热技术领域，更具体地说，涉及一种用于强化沸腾传热的复合微柱-多孔的表面结构。

背景技术

沸腾传热作为一种伴随着气液相变的高效能量传递方式，具有传热温差小和热流密度大等特点，由于微电子器件小型化及集成度高的发展特点，其对高效散热方式也提出了较高的要求，相应地沸腾传热的应用将具有巨大的优势。

现有关于强化沸腾传热表面已有相关专利方案公开，例如专利公开号：CN111223826B，公开日2020年06月02日，发明创造名称为：一种利用微结构和复合湿润性协同效应的强化沸腾传热表面，该申请案公开了一种利用微结构和复合湿润性协同效应的强化沸腾传热表面，在加热基板上设置若干方形柱，方形柱之间形成若干槽道，此外，通过表面改性处理，将方形柱顶部设置小于顶部面积的疏水层，其余表面表现为亲水性。该申请案通过控制顶部改性区域面积的大小，来限制其产生气泡的尺寸大小，在避免顶部气泡和柱侧气泡大范围聚并的前提下，能够有效增加气化核心数量，产生更多的气泡，增强流场扰动，促进气泡脱离和新鲜液体补充。但是，该申请案也还存在需要改进的地方，气泡仍然在加热表面的底部生成，导致在加热面产生整体气膜以恶化传热，此外，由于柱侧和底面的气膜产生，传热过程受到影响，使得实际利用加热流体相变的传热面积减少，影响沸腾传热效果；另外，利用此微结构表面加热时，仍需要较高的壁面过热度才能达到沸腾状态。

综上所述，如何解决现有微结构形成气膜和把热量引入流体内部，避免加热面形成气膜以及组织稳定的气液流动路径，形成分散的气泡区，保证液体的及时补充等问题，是现有技术中需要进行改进的地方。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中上述缺陷，拟提供一种用于强化沸腾传热的复合微柱-多孔的表面结构，通过高热导率微柱将热量引入流体内部，利用多孔材料增加气化核心，降低沸腾起始点及抽吸供液，降低了沸腾壁面温度过热度，加快了气泡脱离速率，及时引射流体工质进入多孔芯，形成稳定的气液流动路径，避免在加热面直接沸腾形成气膜，实现了对沸腾传热的强化。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种用于强化沸腾传热的复合微柱-多孔的表面结构，包括加热基板以及设置在加热基板表面上的若干微柱结构，微柱结构由内部的高导热内芯、环绕在外侧的高热阻壁面和顶部的多孔毛细芯组成，若干微柱结构之间形成通道。

更进一步地，高导热内芯采用高导热材料，其导热系数不低于2000W/。

更进一步地，高热阻壁面采用高热阻材料，其导热系数在0.05W/以下。

更进一步地，微柱结构的轴向截面形状为圆柱形或菱形或矩形或梯形或水滴形或椭圆形或圆锥形。

更进一步地，若干微柱结构在加热基板表面呈阵列式均匀间隔式分布。

更进一步地，微柱结构的高导热内芯由高导热材料先与加热基板黏合，再通过激光蚀刻法在加热基板表面构建微柱阵列结构形成。

更进一步地，微柱结构外层的高热阻壁面采用电沉积法将热阻材料附着在高导热内芯周围形成。