量子传热技术指标

等温传热:∆T < 3oC

量子传热方式强化沸腾传热

传统

纳米流体传热

去离子水添加纳米颗粒
均匀悬浮于液体和沉积加热表面

增加气化核心密度和提高气泡脱离频率

增强加热表面粗糙度、湿润性和毛细作用

提高传热系数及临界热流密度

结果:纳米流体降低了气化核心

气泡脱离频率与传热系数

创新

量子传热方式

去离子水添加多种纳米颗粒
液态自组装纳米颗粒密堆积结构

界面声子极化激子与电磁波耦合

量子传热方式耦合导热、对流方式传热

提高传热系数及临界热流密度

结果:提高传热系数与降低热阻

            沸腾临界热流密度大幅提高

量子传热技术四大发明

全球首创以量子传热方式强化沸腾传热

首创倏逝场辐射传热

倏逝场辐射传热定义: 纳米颗粒尺寸与距离小于倏逝波波长 (λe)

远场、近场、倏逝场辐射传热


绝对零度以上,物体內部的电子和离子在热运动作用下,连续不断地出电磁辐射,其中,与热和光现象有关的辐射称为热辐射。物体之间由于温度差导致其间的(远场)辐射传热。 当物体间的距离等同或小于辐射温度波长时(即d≤λT),会出现辐射传热增强的现象,称为近场辐射传热。
物质辐射的电磁波有两种形式:一种传播到自由空间,即传播波;另一种只是沿着物体表面传播,在垂直于物体表面的方向上电磁场呈指数衰减,即倏逝波。
倏逝波不向自由空间辐射能量,是局域在材料表面的波。只有当两物体间的距离等同或小于倏逝波波长时(即d ≤ λe ),一个物体的表面波耦合了另一个物体的表面波才产生强热量传递。称为倏逝场辐射传热。

量子传热方式

选配多种电介质纳米颗粒复合而成量子介质1:100重量比配置去离子水,液态自组装纳米颗粒密堆积结构,形成多体近场辐射传热系统。纳米颗粒的量子、尺寸、界面、表面效应和热激发的界面声子极化激子与电磁波耦合,产生新的传热方式。包括纳米颗粒孔隙间距 <λT 的多体近场辐射(光子隧穿)传热、纳米颗粒孔隙间距 <20n的多体倏逝场辐射(光、声学声子隧穿)传热、纳米颗粒紧密接触声子导热,统称为量子传热方式

液态纳米结构与量子传热方式

近场与倏逝场辐射传热对比

(a)亚波长范围内纳米束之间的热量传递,插图为相同数据的对数刻度 R. St-Gelais, et al., Nature Nanotechnology volume 11, pages515–519 (2016)
(b)集成化微器件中的热辐射速率测量 Kim K, et al., 2015 Nature 528 387

纳米流体强化池沸腾传热


假设机理

纳米颗粒沉积于加热表面,增强了粗糙度、湿润性和毛细作用。
增加气化核心密度和提高气泡的脱离频率而提高CHF。
 

实验结果

降低了气化核心密度和气泡的脱离频率
传热系数降低50%,但CHF却提高100%
 

CHF提高的原因是纳米颗粒与加热表面发生了近场辐射传热。

纳米流体颗粒均匀悬浮时间距

纳米流体过热度右移图

纳米颗粒改变基液
特性过热度偏右移
降低对流传热系数

[1] F. R. Dareh, et al, Heat and Mass Transfer 54, 1653-1688.
[2] C. Gerardi, et al, Nanoscale Research Letters 2011, 6:232.
[3] Z. Shahmoradi, et al, International Communications in Heat and Mass Transfer 47 (2013) 113-120
[4] A. Akbari, et al, ACS Omega 2019, 4, 21, 19183-19192

纳米流体与去离子水气泡测试

 纳米流体与去离子水气泡脱离频率   
纳米流体与去离子水气泡成核位点密度对比 

引自 C. Gerardi, et. al, Nanoscale Research Letters 2011, 6:232.

量子介质

 量子介质发射率测试

量子介质介电常数测试

量子介质1克配置100ml去离子测得量子液体的介电常数为260 

纳米流体介电常数升温测试

 测试仪器:DHR-3 (TA Instrument) 

测试条件:25mm Parallel Plate;                               
                 Voltage=2.0 V
                 
Dielectric frequency: 103 ~ 106 Hz;        
                 
Equivalent circuitParallel

量子介质稳定性测试

量子介质的稳定性远好于去离子水

量子介质加热测试

量子介质在沸腾传热过程的稳定性远高于去离子水

量子介质比热容和导热系数测试

量子介质没有降低基液的比热容

量子介质没有降低基液的导热系数

液态自组装纳米颗粒密堆积系统

量子介质按1:100重量比配置去离子水

纳米颗粒与基液自组装电磁作用力

自组装纳米颗粒密堆积结构 (d<20nm)

纳米颗粒量子、尺寸、界面、表面效应

热激发的界面声子极化激子耦合电磁波

纳米颗粒间产生量子传热方式

量子介质经济与技术价值

量子介质可持续发展

无害无毒

无机纳米颗粒,无挥发性与易燃易爆。

环保合规

符合欧盟、日本最严荷的环保标准。

不含稀土

普通金属、过渡金属、非金属氧化物,供应无忧。

持续发展

知识产权受保护、环保节能技术、全球各国支持的项目。

第二代热管技术


量子传热方式

热管以量子传热(包括多体近场辐射传热、倏逝场辐射传热、声子导热)耦合导热、对流方式传热,大幅提高热管的池沸腾临界热流密度降低热阻

量子介质

量子介质可液态自组装纳米颗粒密堆积系统,纳米颗粒的量子、尺寸、界面、表面效应和热激发的界面声子极化激子与电磁波耦合,产生量子传热方式

复合管材

热管外层为高导热性材料,管内壁视同量子介质的组成部分以满足量子传热方式对材料特性的要求并降低成本。

第二代热管的量子传热方式

 

热管等温速率测试图

量子传热技术指标

 

沸腾曲线CHF过热度对比图

量子传热方式
提高了沸腾传热系数
令沸腾过热度曲线左移

量子传热方式特征

热管测试的热阻曲线
唯有以量子传热方式

热阻才会随功率增大

  反而呈现下降的趋势

典型应用行业

高温烟气余热回收应用

高温余热回收
增加水热面积
提高能源效率
减少碳排放量
降低运营成本

高温烟气余热回收应用

高温余热回收
增加水热面积
提高能源效率
减少碳排放量
降低运营成本

量子传热技术应用简易

量子介质与去离子水按1:100重量比配置
无需超声波与调节剂分散灌装工艺按照传统热管制程
动态自组装纳米颗粒密堆积结构的多体局域场辐射传热