本技术提供了一种颗粒流体的强化沸腾换热装置,包括冷却通道、颗粒和冷却介质,所述冷却通道具有冷表面和热表面,所述颗粒和冷却介质可在冷却通道内流动,所述颗粒包括颗粒外壳和内核,所述内核位于颗粒外壳内,所述颗粒外壳与内核之间存在与外部冷却介质连通的空腔,通过冷表面和热表面之间温度变化,使所述空腔内产生汽泡或汽泡溃灭,从而改变颗粒密度,用于使颗粒在冷表面和热表面之间振荡运动。本发明利用温度变化,使空腔内产生汽泡或汽泡溃灭,而产生汽泡可以减小颗粒密度的同时增加颗粒浮力,而汽泡溃灭可以增加颗粒密度,从而促进使颗粒在冷表面和热表面之间振荡运动。
背景技术
在“双碳”目标深入实施的背景下,各类能源动力装置正朝向高功率密度、结构紧凑及轻量化方向演进。这一趋势带来了设备产热量急剧攀升与散热空间大幅缩减的矛盾与挑战。鉴于流动沸腾技术卓越的传热效率,在冷却散热领域内得到了普遍应用。此外,通过在冷却介质中掺入固体颗粒形成的颗粒流体,凭借颗粒的高导热特性及对流增强作用,进一步显著提升了热交换能力。因此,将颗粒流体与流动沸腾相结合的强化冷却策略,在冷却通道中的应用日益受到业界瞩目。
然而,由于颗粒的密度往往高于流体,它们容易在热表面沉积,这不仅显著削弱了对流扰动的效果,还可能对热表面的结构造成不良影响,进而引发沸腾过程的不稳定性。为了解决这一问题,众多学者尝试通过施加交变磁场或电场等手段来主动调控颗粒的运动,以此创造振荡扰动效应,从而增强传热性能。但这种方法的一个显著缺点是,外场的引入必然伴随着额外能量的消耗。因此,探索无需额外能量输入即可实现颗粒自主调控的新途径,成为了当前强化传热技术研究中的一个创新方向。
发明专利CN202410685578.9提供了一种热胀冷缩颗粒,其核心思想是在颗粒内部包裹一种热胀冷缩的材料,进而实现颗粒密度的调控。但是在实验过程中材料体积受热膨胀的程度是有限的,并且膨胀程度受温度决定,温度较低时,膨胀程度较低。
实现思路