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一種局部自適應可控浸潤性耦合微結構強化沸騰換熱方法

一種局部自適應可控浸潤性耦合微結構強化沸騰換熱方法具體為：在換熱基底微結構頂部設置電極膜，電極膜與金屬電極連接至電源形成電場，換熱工質中帶電金屬納米顆粒在電場作用下間歇吸附于換熱表面，實現換熱表面浸潤性的可控轉換；所述金屬電極固定在換熱基底外部；金屬電極優選為銅電極、鋁電極，形狀優選為板狀、網狀或棒狀。所述換熱基底材料為金屬如紫銅或單晶硅、藍寶石、石墨烯等非金屬，可以理解的是，換熱領域常用的換熱材料均適用于本發明，優選導熱性良好的基底材料。換熱基底形狀為平板、圓管或異形，其中異形為換熱領域常見換熱器形狀。所述換熱基底微結構為尺寸為納米級或微米級的微柱、微坑或微槽道；可以理解的是，現有技術中，所有用于提高換熱效率的微結構均適用于本發明，優選為納米級或微米級的方形微柱、矩形微柱、半球形微坑或圓柱形微坑。所述換熱基底微結構的排列方式為規則排列如陣列式、交錯式排列，或為不規則排列。所述電極膜通過電極引線引出，以將電極膜連通并連接至電源；換熱基底、電極膜、電極引線的表面均絕緣。所述表面絕緣可以通過在表面設置絕緣層實現，所述絕緣層厚度為百納米級。其中，換熱基底材料為單晶硅等非導電材料時，則無需設置絕緣層。所述絕緣層材料為惰性金屬、金屬氧化物、陶瓷或硅膠；優選導熱性優良的絕緣材料，可以通過摻雜導熱性優良材料的方式來提高絕緣材料導熱性。所述電極膜、電極引線材料為導電材料；優選為金屬，進一步優選為金、銀、銅或鋁。所述電極膜厚度為百納米級。所述帶電金屬納米顆粒具有均勻親水性表面、均勻疏水性表面或雙親浸潤性表面；親水、疏水或雙親浸潤性表面通過改性獲得；帶電金屬納米顆粒尺度為納米級、微米級，形狀規則或不規則，優選為球形或柱形。所述帶電金屬納米顆粒浸潤性與換熱基底的浸潤性不同，用于改變換熱表面浸潤性。如換熱基底表面為親水（或疏水），帶電金屬納米顆粒表面為疏水（或親水），也可以具有雙親浸潤性。所述電源為直流電源或交流電源；其中直流電源通過通、斷電實現電場可控；交流電源通過控制交流頻率實現電場可控，交流頻率根據沸騰氣泡動力學周期調節。

華北電力大學 2022-07-14

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