專利名稱：熱磁對流式磁性流體對流換熱系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于磁性流體和強化換熱技術領域，特別涉及的是以磁性流體在梯度磁場中的熱磁對流原理為基礎，以磁性流體為介質，采用非機械方式驅動，無能耗和運動部件的強迫對流換熱的一種熱磁對流式磁性流體對流換熱系統。
背景技術：
強迫對流換熱是工業上大量應用換熱方式，需要用機械泵驅動流體在換熱器內的流動。在一些特殊領域，因可靠性、體積、噪聲和能耗等原因機械泵的使用受到限制，本發明以磁性流體為工質，以磁性流體的熱磁對流原理驅動，可以解決傳統受迫對流換熱系統中存在的上述問題。
磁性流體的熱磁對流作為物理現象已有一些研究，文獻《水平圓管通道內熱磁對流的實驗研究》(工程熱物理學報第26卷第2期2005.2)對空氣的熱磁對流進行了分析。但空氣為弱磁性，因此以空氣為介質的熱磁對流強度低，且需龐大設備來產生強磁場。由納米級的強磁性微粒高度彌散于液體之中形成穩定膠體體系的磁性流體具有較高的磁化率，同時具有磁性和流動性，具有獨特的磁學和流體力學特性；本發明正是利用它的超順磁性，實現熱磁對流式磁性流體對流換熱系統。
發明內容
本發明的目的是提供以磁性流體的熱磁對流原理為基礎的一種熱磁對流式磁性流體對流換熱系統。其特征在于該換熱系統封閉管路4的加熱區2中放置加熱器5，加熱器5用于將熱端的熱量傳遞給封閉管路4內的磁性流體，磁極1固定在封閉管路4的加熱區2兩側外側，并使加熱區位于磁極對稱中心的一側，散熱器3設置在封閉管路4上；從而在磁性流體對流換熱系統的封閉管路4內，流動的磁性流體不斷將熱量通過導熱管5從熱端帶走，熱量進入封閉管路4內的磁性流體內部，在磁性流體流經散熱器3時，散熱器3將熱量散發至外部設備完成一個循環，形成熱磁對流式循環流動；并維持磁極對稱中心兩側溫度分布的不均衡，保持磁性流體的循環流動。
所述磁極分別為電磁體或永磁體的兩個磁極。
本發明的有益效果是熱量以磁性流體為工質，從熱端傳輸到冷端；通過磁化率的溫度效應過程，熱量同時驅動了磁性流體在循環管路中的流動。通過使用高導熱基液的磁性流體可提高換熱系統的效率。本發明具有結構簡單、體積小、無機械運動部件、無能耗、無噪聲和維護簡單的特點。
圖1是磁性流體熱磁對流的原理圖。
圖2是熱磁對流式磁性流體對流換熱系統的示意圖。
具體實施例方式
本發明提供一種熱磁對流式磁性流體對流換熱系統。在圖2所示熱磁對流式磁性流體對流換熱系統的示意圖中，在該系統封閉管路4的加熱區2放置加熱器5，磁極1固定在封閉管路4的加熱區2兩側外側，并使加熱區位于磁極對稱中心的一側，散熱器3設置在磁性流體對流驅動封閉管路4上。
結合附圖對本發明的具體實施過程做進一步的描述。
本發明基于磁性流體的熱磁對流原理，如圖1所示。順磁性流體的磁化率符合居里定律，磁化率隨溫度升高而降低，在磁極一側的加熱區內，磁性流體因溫度較高而磁化率較低，因而受到的磁場力較弱，從而形成兩側磁場力的不平衡而驅動磁性流體的流動。如圖2所示，在磁性流體對流驅動封閉管路4內，流動的磁性流體不斷通過加熱器5將熱量從熱端帶走，進入磁性流體內部，然后磁性流體流經散熱器3，散熱器3將熱量散發至外部設備，完成一個循環，形成熱磁對流式循環流動；并維持磁極兩側溫度分布的不均衡，保證磁性流體的循環流動。
本發明的五個關鍵設備及附屬設備組成磁極1(電磁體或永磁體)，導熱管5，散熱器3和磁性流體對流驅動封閉管路4。其中的加熱器5是用于將熱量從熱端傳遞到管路內加熱磁流體的裝置(例如熱管)，散熱器3用于將磁流體攜帶的熱量傳遞給外部設備。磁性流體通過循環管路依次流過各設備，它們共同組成熱磁對流式磁性流體對流換熱系統，通過強迫對流方式形成熱磁對流式循環流動。熱磁對流式循環流動的磁化過程為溫度較低的磁性流體在接近磁場時被磁化，受到磁場吸引力作用；被磁化的磁性流體被加熱器5加熱，溫度升高發生退磁，雖然在磁場附近，但磁場吸引力較弱；溫度較高的磁性流體遠離磁場時退磁。
對于傳熱過程，磁性流體的基液可以采用高導熱液體，進一步提高換熱系統的效率。磁性流體同時具有磁性和流動性，具有許多獨特的磁學和流體力學特性；最重要是具有超順磁性，以實現熱磁對流。上述磁性流體，包括基液為高導熱液體的磁性液體，市場有售(安徽金科磁性液體有限公司W系列水基磁流體和C系列高導熱磁流體，網址http://www.jk-nano.com，)它是本發明的工作物質。
權利要求
1.一種熱磁對流式磁性流體對流換熱系統，其特征在于，磁性流體流對流驅動封閉管路(4)內的加熱區(2)放置加熱器(5)，磁極(1)固定在封閉管路(4)的加熱區(2)兩側外側，加熱器(5)位于加熱區內，利用外部熱源加熱封閉管路(4)內的磁性流體，散熱器(3)設置在磁性流體對流驅動封閉管路(4)上；從而在磁性流體對流驅動封閉管路(4)內，流動的磁性流體不斷通過加熱器(5)將熱量從熱端帶走，然后磁性流體流經散熱器(3)，散熱器(3)將熱量散發至外部設備完成一個循環，形成熱磁對流式循環流動；并維持磁極兩側溫度分布的不均衡，保證磁性流體的循環流動。
2.根據權利要求1所述熱磁對流式磁性流體對流換熱系統，其特征在于，所述磁性流體是具有超順磁性的流體。
3.根據權利要求1所述熱磁對流式磁性流體對流換熱系統，其特征在于，所述磁極為電磁體或永磁體的磁極。
4.根據權利要求1所述熱磁對流式磁性流體對流換熱系統，其特征在于，所述加熱區(2)位于磁極對稱中心的一側，用以保證磁極對稱中心兩側溫度分布不均衡。
5.根據權利要求1所述熱磁對流式磁性流體對流換熱系統，其特征在于，所述加熱器(5)將熱量從熱端傳遞至加熱區。
全文摘要
本發明公開了屬于磁性流體和強化換熱技術領域的一種熱磁對流式磁性流體對流換熱系統。在磁性流體對流驅動封閉管路內的加熱區放置加熱器，磁極固定在加熱器兩邊的磁性流體對流驅動封閉管路外側，加熱區位于磁極對稱中心的一側，散熱器設置在磁性流體對流驅動封閉管路上。在磁性流體對流驅動封閉管路內，流動的磁性流體不斷將熱量從加熱器所在的加熱區帶走，然后磁性流體流經散熱器，散熱器將熱量散發至外部設備，形成熱磁對流式循環流動；并維持磁極兩側溫度分布的不均衡，保證磁性流體的循環流動。磁性流體的基液可以采用高導熱液體，進一步提高換熱系統的效率。本發明具有結構簡單、體積小、無機械運動部件、無能耗、無噪聲和維護簡單的特點。
文檔編號F28D21/00GK1995898SQ200610165529
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月21日 優先權日2006年12月21日
發明者楊昆侖, 任建勛, 宋耀祖 申請人:清華大學