一种微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层及其制备方法和传热管

本发明属于降膜蒸发领域，涉及一种微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层及其制备方法和传热管。

背景技术：

1、水平管外降膜蒸发，作为制冷、化工、低温蒸馏海水淡化系统等多种涉及沸腾换热行业中的核心技术，对于能源节约有重要意义。在传统降膜蒸发中，传热管表面通常采用均匀强化结构。这种表面设计在一定程度上限制了传热效率的提高，因为它无法最大程度地增大接触面积。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中接触面积较小的缺点，提供一种微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层及其制备方法和传热管，增大了接触面积，强化换热管的换热能力，最大限度地提高换热管的换热效率。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层，涂层覆盖在传热管的外表面，涂层采用金属颗粒结构或框架孔腔结构；

4、涂层沿传热管径向分为多层，金属颗粒结构每层均为多个凸出的金属颗粒，框架孔腔结构每层均为多个孔腔；金属颗粒结构的金属颗粒或框架孔腔结构的孔腔沿传热管的径向、轴向或周向呈梯度分布。

5、优选的，金属颗粒结构的金属颗粒或框架孔腔结构的孔腔沿传热管的径向由内到外直径逐渐增加，每一层直径相同。

6、优选的，金属颗粒结构的金属颗粒或框架孔腔结构的孔腔沿传热管的轴向直径逐渐增加，每一层在同一径向位置的金属颗粒直径或孔腔直径相同。

7、优选的，金属颗粒结构的金属颗粒或框架孔腔结构的孔腔沿传热管的周向直径逐渐增加，每一层在同一径向位置的金属颗粒直径或孔腔直径相同。

8、一种所述微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层的制备方法，采用电化学沉积法或模板法在传热管上制备金属颗粒结构涂层或框架孔腔结构涂层，制备时沿径向由内向外逐层制备。

9、优选的，电化学沉积法制备金属颗粒结构涂层的过程为：准备两个工作电极，将需要加工的传热管作为阴极，铜片作为阳极；将两电极分别置入电解槽中，并注入电解液；通过外部电源施加电压，使阳极和阴极之间产生电流，在这个过程中，铜原子聚在一起，并在阴极表面上沉积，形成一种表面覆盖有金属颗粒的多孔结构。

10、进一步，当制备径向的金属颗粒结构时，每制备完成一层时，更换更高浓度的电解液；当制备轴向的金属颗粒结构时，先传热管竖直放入电解槽中，再注入电解液，电解液浓度自下而上逐渐增加；当制备周向的金属颗粒结构时，先传热管水平放入电解槽中，再注入电解液，电解液浓度自下而上逐渐增加。

11、优选的，模板法制备框架孔腔结构涂层的过程为：采用与框架孔腔结构相反结构的模板覆盖在传热管上，并通过电化学沉积法将阳极材料沉积到作为阴极的传热管上，对模板进行溶解，得到单层的框架孔腔结构涂层，重复上述步骤，直到得到完整的框架孔腔结构涂层。

12、优选的，当制备径向的框架孔腔结构时，模板内不同位置的微观结构尺寸相同，每制备完成一层时，更换微观结构尺寸更大的模板；当制备轴向或周向的框架孔腔结构时，模板微观结构尺寸沿轴向或周向逐渐增加，每层模板相同位置的微观结构尺寸相同。

13、一种传热管，传热管外表面覆盖有所述微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、本发明多孔结构表面具有大量相互连通的孔隙，可增加固-液间的接触面积，并提高核态沸腾的气化核心密度，多孔结构内会形成更多的气化核心点，有利于沸腾传热时气泡的生成，从而提高沸腾传热系数，使传热管和热介质的接触面积得到有效增加，强化换热管的换热能力，最大限度地提高换热管的换热效率。

16、进一步，沿一定方向尺寸渐变的多孔结构能阻碍气泡间的融合、促进气泡的逸散，推迟膜态沸腾的出现。

技术特征：

1.一种微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层，其特征在于，涂层覆盖在传热管的外表面，涂层采用金属颗粒结构或框架孔腔结构；

2.根据权利要求1所述的微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层，其特征在于，金属颗粒结构的金属颗粒或框架孔腔结构的孔腔沿传热管的径向由内到外直径逐渐增加，每一层直径相同。

3.根据权利要求1所述的微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层，其特征在于，金属颗粒结构的金属颗粒或框架孔腔结构的孔腔沿传热管的轴向直径逐渐增加，每一层在同一径向位置的金属颗粒直径或孔腔直径相同。

4.根据权利要求1所述的微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层，其特征在于，金属颗粒结构的金属颗粒或框架孔腔结构的孔腔沿传热管的周向直径逐渐增加，每一层在同一径向位置的金属颗粒直径或孔腔直径相同。

5.一种基于权利要求1-4任意一项所述微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层的制备方法，其特征在于，采用电化学沉积法或模板法在传热管上制备金属颗粒结构涂层或框架孔腔结构涂层，制备时沿径向由内向外逐层制备。

6.根据权利要求5所述的微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层的制备方法，其特征在于，电化学沉积法制备金属颗粒结构涂层的过程为：准备两个工作电极，将需要加工的传热管作为阴极，铜片作为阳极；将两电极分别置入电解槽中，并注入电解液；通过外部电源施加电压，使阳极和阴极之间产生电流，在这个过程中，铜原子聚在一起，并在阴极表面上沉积，形成一种表面覆盖有金属颗粒的多孔结构。

7.根据权利要求6所述的微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层的制备方法，其特征在于，当制备径向的金属颗粒结构时，每制备完成一层时，更换更高浓度的电解液；当制备轴向的金属颗粒结构时，先传热管竖直放入电解槽中，再注入电解液，电解液浓度自下而上逐渐增加；当制备周向的金属颗粒结构时，先传热管水平放入电解槽中，再注入电解液，电解液浓度自下而上逐渐增加。

8.根据权利要求5所述的微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层的制备方法，其特征在于，模板法制备框架孔腔结构涂层的过程为：采用与框架孔腔结构相反结构的模板覆盖在传热管上，并通过电化学沉积法将阳极材料沉积到作为阴极的传热管上，对模板进行溶解，得到单层的框架孔腔结构涂层，重复上述步骤，直到得到完整的框架孔腔结构涂层。

9.根据权利要求5所述的微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层的制备方法，其特征在于，当制备径向的框架孔腔结构时，模板内不同位置的微观结构尺寸相同，每制备完成一层时，更换微观结构尺寸更大的模板；当制备轴向或周向的框架孔腔结构时，模板微观结构尺寸沿轴向或周向逐渐增加，每层模板相同位置的微观结构尺寸相同。

10.一种传热管，其特征在于，传热管外表面覆盖有权利要求1-4任意一项所述的微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层。

技术总结
本发明公开了一种微纳尺度下呈梯度分布传热管多孔涂层及其制备方法和传热管，涂层覆盖在传热管的外表面，涂层采用金属颗粒结构或框架孔腔结构；涂层沿传热管径向分为多层，金属颗粒结构每层均为多个凸出的金属颗粒，框架孔腔结构每层均为多个孔腔；金属颗粒结构的金属颗粒或框架孔腔结构的孔腔沿传热管的径向、轴向或周向呈梯度分布；采用电化学沉积法或模板法在传热管上制备金属颗粒结构涂层或框架孔腔结构涂层，制备时沿径向由内向外逐层制备。使传热管表面具有大量相互连通的孔隙，可增加固‑液间的接触面积，并提高核态沸腾的气化核心密度，多孔结构内会形成更多的气化核心点，有利于沸腾传热时气泡的生成，从而提高沸腾传热系数，使传热管和热介质的接触面积得到有效增加，强化换热管的换热能力，最大限度地提高换热管的换热效率。

技术研发人员：赵创要,王小松,李炳旭,刘鹏强,王斯琪,齐迪,宋秉烨
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19