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原文传递高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置

专利名称：	高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置
摘要：	本实用新型提供一种高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，包括：高热流密度发热器件、加热器、导热元件、绝热腔体、观测腔体、热沉、高速摄像机、温度测量装置以及计算机，高热流密度发热器件用于产生高热流密度；绝热腔体用于隔绝高热流密度发热器件与外界的热量交换；观测腔体用于观察热沉表面进行的池内沸腾传热；高速摄像机拍摄观测腔体内池内沸腾传热的图像并存储在计算机上；温度测量装置用于监测导热元件上的温度分布；计算机计算所述导热元件输出的热流密度，本实用新型提供的实验装置适用于各种高临界热流密度的微/纳结构表面池沸腾传热的规律及机理的实验研究，具有非常重要的学术和实用价值。
专利类型：	实用新型
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国科学院工程热物理研究所
发明人：	周文斌;胡学功;毛兰
专利状态：	有效
申请日期：	2018-09-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201821447468.5
公开号：	CN209132185U
代理机构：	中科专利商标代理有限责任公司
代理人：	李坤
分类号：	G01N25/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	100190 北京市海淀区北四环西路11号
主权项：	1.一种高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，其特征在于，包括：高热流密度发热器件，其产生高热流密度，包括：加热器，其产生热量；以及导热元件，其传导热量并增大热流密度；绝热腔体，罩设在所述高热流密度发热器件外侧，其隔绝所述高热流密度发热器件与外界的热量交换，其上设置有用于导热元件伸出的通孔；观测腔体，设置在所述绝热腔体的上方，与所述绝热腔体密封连接，其内盛放液体工质，其进行池内沸腾传热；热沉，该热沉放置于所述观测腔体内且没入所述液体工质的液面以下，其正面设置有微纳尺度结构，其背面与所述导热元件伸出所述绝热腔体的部分连接；高速摄像机，其镜头朝向所述观测腔体设置，其拍摄所述观测腔体内池内沸腾传热的图像；温度测量装置，其监测所述导热元件上的温度分布；以及计算机，分别与所述高速摄像机和所述温度测量装置连接，其存储所述高速摄像机拍摄的图像，并计算所述导热元件输出的热流密度。 2.根据权利要求1所述的高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，其特征在于，所述导热元件沿其轴线方向依次分为：热源连接段，其外表面贴设所述加热器，其传递所述加热器的热量至传热段；以及传热段，与所述热源连接段连接，其端部与热沉的背面连接，所述传热段的横截面面积小于所述热源连接段的横截面面积，其传递所述热源连接段的热量至所述热沉并增大热流密度。 3.根据权利要求2所述的高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，其特征在于：所述热源连接段为长方体，所述传热段为直柱体；所述热源连接段的边长介于5mm至100mm之间；所述导热元件为铜导热元件、铝导热元件、银导热元件、不锈钢导热元件或铜合金导热元件、铝合金导热元件；所述传热段的横截面是圆形、长方形或三角形；所述传热段的横截面为圆形时，该圆形的直径介于5mm至100mm之间，所述传热段的横截面为长方形或三角形时，该长方形或三角形的边长介于5mm至100mm之间；所述热源连接段与所述传热段一体设置，或所述热源连接段和所述传热段分体设置并通过螺纹连接。 4.根据权利要求2所述的高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，其特征在于，还包括：密封元件，设置于所述观测腔体与所述绝热腔体的连接处，以及所述绝热腔体与所述传热段的连接处，其避免液体工质泄漏。 5.根据权利要求4所述的高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，其特征在于：当所述传热段的横截面为圆形时，所述绝热腔体与所述传热段的连接处的所述密封元件包括：密封圈，套设在所述传热段外侧；以及压盖，压设在所述密封圈上；其中，所述密封圈为硅胶圈或硅胶垫；当所述传热段的横截面为非圆形时，所述绝热腔体与所述传热段的连接处的所述密封元件为防水密封硅胶；所述观测腔体与所述绝热腔体的连接处的所述密封元件为防水密封硅胶或硅胶垫。 6.根据权利要求2所述的高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，其特征在于：温度测量装置，包括： N根热电偶，间隔设置在所述传热段内，N≥2；以及温度采集仪，分别与N根所述热电偶电连接，其监测N根热电偶的温度分布；该高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置还包括：温控装置，其控制液体工质的温度，包括：辅助加热器，其提高液体工质的温度；热电偶，其监测液体工质的温度；以及温控仪，分别与所述辅助加热器和所述热电偶连接，其根据热电偶的监测结果调节辅助加热器的加热功率以维持调节液体工质处于设定温度。 7.根据权利要求2所述的高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，其特征在于，加热器包括：片状加热器，其贴设在所述热源连接段的表面；以及稳流稳压电源装置，与所述片状加热器连接，其控制所述片状加热器的加热功率。 8.根据权利要求7所述的高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，其特征在于，所述导热元件和片状加热器表面之间均匀涂抹高导热界面材料；其中，所述高导热界面材料为高纯银胶、高导热硅脂、高导热硅胶或液态金属。 9.根据权利要求1-8中任一项所述的高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，其特征在于：所述观测腔体为透明材质；所述绝热腔体与高热流密度发热器件之间填充有硅酸铝陶瓷纤维棉、纳米气凝胶棉或石英棉。 10.根据权利要求2-8中任一项所述的高热流密度的微纳结构表面池内沸腾传热实验装置，其特征在于：所述传热段与所述热沉一体设置；或所述传热段与所述热沉的背面通过焊料焊接或通过高导热界面材料连接。
所属类别：	实用新型