一种可用于海洋以增加热传导的翻转装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热传导器件，尤其是涉及一种可用于海洋以增加热传导的翻转装置。
【背景技术】
[0002]热传导与热对流是几乎涵盖了各种能源相关器件热性质的机包括热导率取决于温度的两段式热整流器(Chang C.ff., Okawa D., Majumdar A., etal.Solid-state thermal rectifier[J].Science, 2006, 314(5802):1121-1124)n 为获得更大范围的系统参数将两个非线性一维晶格相结合的热敏二极管模型(Li B.ff., WangL.,Casati G.Thermal d1de: Rectificat1n of heat flux [J].Physics ReviewLetter, 2004, 93 (18): 184301)、将热能转变为电能的热电模型(Rabari R., MahmudS.,Dutta A.Numerical simulat1n of nanostructured thermoelectric generatorconsidering surface to surrounding convect1n[J].1nternat1nal Communicat1nsin Heat and Mass Transfer, 2014，56:146-151)、将太阳能转变为电能的光伏器件(Chow T.T.A review on photovoltaic/thermal hybrid solar technology[J].AppliedEnergy, 2010，87 (2): 365-379)以及将电能转化为热能和光的发光二极管(GessmannT., Schubert E.High-efficiency AlGaInP light-emitting d1des for solid-statelighting applicat1ns[J].Journal of Applied Physics,2004，95 (5):2203—2216)。
[0003]关于有效热导率的控制与优化，其应用范围非常广泛，包括微机电系统、热信号、恒温控制器等。在不改变系统参数的情况下，我们希望通过利用系统的瞬时行为来实现对器件的有效热管理。而控制瞬时行为的另一个可能应用是增加系统的有效热容。很多器件都存在传热较慢、效果较差等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有器件存在传热较慢、效果较差等问题，提供可使得有效热属性相对于其本身固有值得到有效提高，增大传热效率的一种可用于海洋以增加热传导的翻转装置。
[0005]本发明设有高温热库、低温热库、长杆系统和固定轴；
[0006]所述长杆系统的一端与尚温热库相连并使长杆系统加热，长杆系统的另一端与低温热库相连并使长杆系统冷却，长杆系统的中心固定在固定轴上，长杆系统翻转并使长杆系统的两端点在高温热库与低温热库之间不停转换。
[0007]本发明通过翻转系统增加从长杆系统一端点进入翻传系统的热流，从而使其有效热导率和有效热容相比材料本身的固有值可以有很大的提高；并且提出了一种可用于海洋的简易模型，使用多物理场耦合分析软件C0MS0L仿真辅助论证本发明的效果。本发明基于能量守恒及傅里叶定律，利用翻转这一瞬时行为，克服了一些系统中能量传输较慢的缺点，将很好地改进其有效热属性，实现能量的快速传递。
[0008]本发明的突出技术效果在于:
[0009](I)本发明针对控制与优化有效热导率，采用翻转操作增加了从高温热库进入系统的总热流，从而实现样品在与热库接触时热量传输的更快。
[0010](2)本发明提出的可用于海洋的简易模型，可以利用海洋表面与底部的温度差来实现能量传输的效果，合理利用海洋潜在的能量价值。
【附图说明】
[0011]图1为本发明实施例的结构组成示意图。在图1中，标记TRh表示高温热库的温度，标记Ir。表示低温热库的温度；Trad(t，x)表示长杆系统随时间t和长杆长度X变化的温度。
[0012]图2为本发明实施例高温热库温度变化。在图2中，标记TRh(t)表示高温热库随时间t变化的温度。
[0013]图3为本发明实施例低温热库温度变化。在图3中，标记Tfc(t)表示低温热库随时间t变化的温度。
[0014]图4为本发明在翻转条件下准稳态温度分布计算结果。
[0015]图5为本发明在翻转条件下瞬态温度分布计算结果。
[0016]图6为本发明所得到的有效热导率与固有热导率的比值与翻转频率的关系图。
[0017]图7为本发明所得到的有效热容与固有热容的比值与翻转频率的关系图。
[0018]图8为本发明在装满液体的容器左下端放置热源时水流的仿真结果。
[0019]图9为本发明热源不同时，容器各个位置水的流速。
[0020]图10为本发明的应用效果图。
【具体实施方式】
[0021]以下实施例将结合附图对本发明作进一步的限定。
[0022]参见图1?3，本发明实施例设有高温热库1、低温热库2、长杆系统3和固定轴4 ;所述长杆系统3的左端与尚温热库I相连并使长杆系统3加热，长杆系统3的右端与低温热库2相连并使长杆系统3冷却，长杆系统3的中心固定在固定轴4上，长杆系统3翻转并使长杆系统3的两端点在高温热库I与低温热库2之间不停转换。
[0023]在图2中，标记5为高温热库温度变化1，6为高温热库温度变化2 ;在图3中，标记7为低温热库温度变化1，8为低温热库温度变化2。
[0024]利用翻转这一瞬时操作增强热量传输，具体步骤如下:
[0025]I)将长杆系统3左端点与高温热库I接触；
[0026]2)将长杆系统3右端点与低温热库2接触；
[0027]3)固定长杆系统3的中心点；
[0028]4)翻转长杆系统3，使长杆系统3温度较低的左端与高温热库相连接，由于温差较大，长杆系统3左端迅速被加热；同时，长杆系统3温度较高的右端与低温热库相连接，同样，由于温差较大，长杆系统3右端迅速冷却；
[0029]5)翻转长杆系统3，使长杆系统3温度较高的右端与低温热库相连接，由于温差较大，长杆系统3右端迅速冷却；同时，长杆系统3温度较低的左端与高温热库相连接，同样，由于温差较大，长杆系统3左端被迅速加热；
[0030]6)重复步骤4)?5)，直至长杆系统3达到准稳态，进行相关的计算处理，获得被翻转样品热属性的有效值。
[0031]图4和5分别为不同样品条件下，本发明所得到长杆系统的温度分布。图4为某样品达到准稳态时的温度分布图；图5为某样品在瞬时状态下的温度分布计算结果。
[0032]图6为不同样品条件(长杆系统固有热导率不同)下，本发明所得到的有效热导率与固有热导率的比值与翻转频率的关系图。
[0033]图7为不同样品条件(高温热库与长杆系统热对流系数不同)下，本发明所得到的有效热容与固有热容的比值与翻转频率的关系图。
[0034]图8?10为本发明的其中一种可能工作方式即将其置于上热下冷的流体之中使其达到能量传输的效果。由于水的底部温度比上表面低，很难产生对流，因此在容器左下端放置了一个热源，使其驱动周边区域水的运动，从而带动长杆的转动以达到能量传输的效果。主要关注了两个方面:(a)置于容器左下角的静止热源释放出的热能与容器内液体流速的关系；(b)从长杆尖端传入水中的热传导能量。图8为在容器左下端放置热源R后所测得的水流运动矢量r图；图9为底部放置的热源不同时，固定方向上水的流速；图10为一个包含6个轴的水力器件被置于上热(23°C )下冷(3°C )的流体之中转动的效果图。因为热源被放置在拐角阻碍了流体的运动，因此，容器中心的流速非零。流体循环增加了产生的对流可以克服粘滞阻力的可能性。此外，通过齿轮的转化这一小的流速可以被放大，以驱动小型发电机。这与频率为0.001每秒的翻转系统效果是等价的。从图6中可得到，有效热导率可以增加到固有热导率很多倍。如果长杆的材料选取与水的密度相同的材料，长杆可以像水本身一样运动，底部的一小部分热量足以驱动其转动。
【主权项】
1.一种可用于海洋以增加热传导的翻转装置，其特征在于设有高温热库、低温热库、长杆系统和固定轴； 所述长杆系统的一端与高温热库相连并使长杆系统加热，长杆系统的另一端与低温热库相连并使长杆系统冷却，长杆系统的中心固定在固定轴上，长杆系统翻转并使长杆系统的两端点在高温热库与低温热库之间不停转换。
【专利摘要】一种可用于海洋以增加热传导的翻转装置，涉及热传导器件。提供可使得有效热属性相对于其本身固有值得到有效提高，增大传热效率的一种可用于海洋以增加热传导的翻转装置。设有高温热库、低温热库、长杆系统和固定轴；所述长杆系统的一端与高温热库相连并使长杆系统加热，长杆系统的另一端与低温热库相连并使长杆系统冷却，长杆系统的中心固定在固定轴上，长杆系统翻转并使长杆系统的两端点在高温热库与低温热库之间不停转换。针对控制与优化有效热导率，采用翻转操作增加了从高温热库进入系统的总热流，从而实现样品在与热库接触时热量传输的更快。可以利用海洋表面与底部的温度差来实现能量传输的效果，合理利用海洋潜在的能量价值。
【IPC分类】F28F13/12
【公开号】CN105115348
【申请号】CN201510510951
【发明人】高召静, 施天谟, 张汝京, 陈忠
【申请人】厦门大学, 昇瑞光电科技（上海）有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月19日