一種微管穩(wěn)定沸騰方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及沸騰方法和裝置，具體涉及一種微管穩(wěn)定沸騰方法和基于該方法設(shè)計(jì)的微管沸騰裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著分析儀器向小型化、在線化、自動(dòng)化和便攜化方向快速發(fā)展，將實(shí)驗(yàn)室中的沸騰裝置小型化、自動(dòng)化已經(jīng)成為關(guān)鍵技術(shù)。目前已經(jīng)有多種技術(shù)方案，但是這些技術(shù)方案多數(shù)都與常規(guī)實(shí)驗(yàn)室中的沸騰條件不一致，使得儀器數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)有差異。
[0003]沸騰裝置小型化后，首先要解決的就是暴沸現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液體在細(xì)石英管(直徑< 2cm)內(nèi)加熱沸騰時(shí)，管內(nèi)的液體會(huì)頻率較高的發(fā)生暴沸，暴沸發(fā)生時(shí)管內(nèi)的液體隨著蒸汽沿著細(xì)管強(qiáng)烈的噴發(fā)而出。由于試驗(yàn)中加熱的液體常常含有各種化學(xué)試劑，這種高溫的化學(xué)試劑非常危險(xiǎn)，至于加熱沸騰的可靠性更是無(wú)從談起?，F(xiàn)在常用的是采用密封加熱沸騰，但是由于加熱過(guò)程中壓力明顯高于常壓，與實(shí)驗(yàn)室中的加熱條件不一致，測(cè)得數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室常壓下測(cè)得的數(shù)據(jù)有差異。實(shí)驗(yàn)室常采用的加入沸石止沸的方法方法在細(xì)管中也不起作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種微管穩(wěn)定沸騰方法和基于該方法設(shè)計(jì)的微管沸騰裝置，旨在實(shí)現(xiàn)常壓下的小體積液體的穩(wěn)定沸騰過(guò)程，防止液體暴沸噴出。
[0005]上述目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種微管穩(wěn)定沸騰方法，在微管內(nèi)壁設(shè)有特征凹凸結(jié)構(gòu)，特征凹凸結(jié)構(gòu)與液體接觸，接觸部分在特征凹凸結(jié)構(gòu)的作用下優(yōu)先產(chǎn)生氣泡，通過(guò)產(chǎn)生的氣泡對(duì)液體進(jìn)行擾動(dòng)攪拌，抑制液體中過(guò)熱液體的積累，避免暴沸，使液體在整個(gè)加熱過(guò)程中都處于穩(wěn)定的沸騰狀態(tài)。微管內(nèi)壁全部設(shè)有特征凹凸結(jié)構(gòu)。
[0006]進(jìn)一步地，所述特征凹凸結(jié)構(gòu)為凹槽或凹穴，所述凹槽的槽寬或所述凹穴的直徑在 0.1~100μπι 之間。
[0007]進(jìn)一步地，所述凹槽或凹穴在微管內(nèi)壁分布密度為1~1000個(gè)/平方厘米。
[0008]—種微管穩(wěn)定沸騰裝置，微管內(nèi)壁設(shè)有特征凹凸結(jié)構(gòu)，微管外壁設(shè)有隔點(diǎn)和纏繞在隔點(diǎn)間的電熱絲，微管底部設(shè)有下端接口，下端接口設(shè)有過(guò)渡細(xì)管。
[0009]進(jìn)一步地，所述特征凹凸結(jié)構(gòu)為凹槽或凹穴。
[0010]進(jìn)一步地，所述凹槽的槽寬或所述凹穴的直徑在0.1~100 μπι之間。
[0011]進(jìn)一步地，所述凹槽或凹穴在微管內(nèi)壁分布密度為1~1000個(gè)/平方厘米。
[0012]進(jìn)一步地，所述過(guò)渡細(xì)管的內(nèi)徑0.5~3mmo
[0013]進(jìn)一步地，所述微管的內(nèi)徑為0.5~5cm0
[0014]—種利用所述的微管穩(wěn)定沸騰裝置進(jìn)行微管穩(wěn)定沸騰的方法，液體從過(guò)渡細(xì)管進(jìn)入微管中，纏繞在微管外壁隔點(diǎn)的電熱絲對(duì)微管加熱；微管內(nèi)壁的特征凹凸結(jié)構(gòu)與液體接觸，通過(guò)產(chǎn)生的氣泡對(duì)液體進(jìn)行擾動(dòng)攪拌防暴沸。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
(1)本發(fā)明提供的微管穩(wěn)定沸騰方法通過(guò)在微管內(nèi)壁設(shè)有特征凹凸結(jié)構(gòu)，特征凹凸結(jié)構(gòu)與液體接觸，接觸部分在特征結(jié)構(gòu)的作用下總是優(yōu)先于液體其他部分產(chǎn)生氣泡，并且在整個(gè)加熱過(guò)程中持續(xù)產(chǎn)生氣泡，通過(guò)產(chǎn)生的氣泡對(duì)液體進(jìn)行擾動(dòng)攪拌，抑制液體中過(guò)熱液體的積累，避免暴沸，使液體在整個(gè)加熱過(guò)程中都處于穩(wěn)定的沸騰狀態(tài)。
[0016](2)本發(fā)明提供的微管穩(wěn)定沸騰裝置中，微管內(nèi)壁設(shè)有特征凹凸結(jié)構(gòu)，沸騰過(guò)程中能持續(xù)產(chǎn)生氣泡，防止過(guò)熱液體累積暴沸；外壁設(shè)有隔點(diǎn)，便于電熱絲的纏繞加熱，且加熱均勻。
[0017](3)本發(fā)明提供的微管穩(wěn)定沸騰方法和裝置可以在常壓下進(jìn)行，且不會(huì)暴沸，沸騰過(guò)程穩(wěn)定可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為微管穩(wěn)定沸騰裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為微管內(nèi)壁凹槽結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為微管內(nèi)壁凹穴結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為微管內(nèi)壁凹槽結(jié)構(gòu)的顯微鏡圖(放大400倍)；
圖5為微管內(nèi)壁凹穴結(jié)構(gòu)的顯微鏡圖(放大400倍)。
[0019]其中，1、微管內(nèi)壁；2、微管外壁；3、隔點(diǎn)；4、下端接口 ；5、過(guò)渡細(xì)管；6、螺母。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0021]—種微管穩(wěn)定沸騰方法，在微管內(nèi)壁設(shè)有特征凹凸結(jié)構(gòu)，特征凹凸結(jié)構(gòu)與液體接觸，接觸部分在特征凹凸結(jié)構(gòu)的作用下總是優(yōu)先于其他部分產(chǎn)生氣泡，并且在整個(gè)加熱過(guò)程中持續(xù)產(chǎn)生氣泡，通過(guò)產(chǎn)生的氣泡對(duì)液體進(jìn)行擾動(dòng)攪拌，抑制液體中過(guò)熱液體的積累，避免暴沸，使液體在整個(gè)加熱過(guò)程中都處于穩(wěn)定的沸騰狀態(tài)。
[0022]圖1所示為本發(fā)明提供的一種微管穩(wěn)定沸騰裝置，微管內(nèi)壁1設(shè)有特征凹凸結(jié)構(gòu)，微管外壁2設(shè)有隔點(diǎn)3和纏繞在隔點(diǎn)3間的電熱絲，微管底部設(shè)有下端接口 4，下端接口 4設(shè)有過(guò)渡細(xì)管5。所述特征凹凸結(jié)構(gòu)為凹槽或凹穴，如圖2~5所示。所述凹槽的槽寬或所述凹穴的直徑在0.1~100μπι之間。所述凹槽或凹穴在微管內(nèi)壁分布密度為1~1000個(gè)/平方厘米。過(guò)渡細(xì)管內(nèi)徑在0.5~3mm之間。微管內(nèi)徑0.5~5cm。微管可采用石英玻璃制作，耐腐蝕性能好。圖2和圖3中顯示的凹槽或凹穴比較規(guī)則，實(shí)際上多數(shù)情況為不規(guī)則的，且本發(fā)明的效果與凹槽或凹穴是否規(guī)則并無(wú)關(guān)聯(lián)。
[0023]本發(fā)明的止暴原理:
根據(jù)本發(fā)明的一些基本特點(diǎn)，做如下一些假設(shè):(1)微管管徑細(xì)，外壁電熱絲纏繞較密集，可以假設(shè)微管內(nèi)液體都能夠得到充分的加熱，即沒(méi)有因?yàn)榧訜岵怀浞殖霈F(xiàn)液體溫度不均勻；(2)微管垂直于水平面；(3)微管內(nèi)液體是均勻液體；(4)假設(shè)微管各處溫度幾乎相同(宏觀上表現(xiàn)為相同，微觀上部分有微小的差異)。
[0024]特征凹凸結(jié)構(gòu)需具備的特點(diǎn)及功能:特征凹凸結(jié)構(gòu)內(nèi)的液體不容易對(duì)流換熱，相對(duì)于其他部分的液體更容易汽化產(chǎn)生氣泡，并且有利于氣泡的成長(zhǎng)，即特征凹凸結(jié)構(gòu)局部受熱相對(duì)于其他部分液體局部受熱更高、熱流密度更大。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，要求特征凹凸結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上具備如下特點(diǎn):凹槽寬度或者凹穴直徑在0.1~100μπι之間，有效特征結(jié)構(gòu)在微管內(nèi)壁分布密度為1~1000個(gè)/平方厘米。當(dāng)然特征凹凸結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)與液體性質(zhì)(粘度、比熱容、汽化溫度和潤(rùn)濕角等)和加熱方式與強(qiáng)度相互影響，在實(shí)際工作中只有這三個(gè)方面相互配合好才能有效的止暴。
[0025]氣泡的產(chǎn)生:(1)微管中充滿液體體后開(kāi)始加熱，才開(kāi)始由于表面張力等原因，在一些特征凹凸結(jié)構(gòu)中有部分不凝氣體，以這些不凝氣體作為汽化中心，在周圍達(dá)到沸點(diǎn)的液體中不斷的有液體汽化產(chǎn)生蒸汽與汽化中心結(jié)合，促進(jìn)汽化中心逐步成長(zhǎng)為氣泡，另一方面由于凹穴底部與氣體接觸，傳熱速率低于周邊，熱量聚集使得溫度高與周邊，從而促進(jìn)氣泡進(jìn)一步膨脹，最終汽化中心成長(zhǎng)為氣泡，并脫離特征凹穴進(jìn)入液體中；(2)隨著第一批氣泡的產(chǎn)生，由于表面張力在凹穴中的不凝氣體全部被液體取代，同時(shí)由于在氣泡成長(zhǎng)的過(guò)程中隔離了部分凹穴底部與頂部的液體，從而使得特征凹穴底部的溫度相對(duì)周邊溫度更高，形成熱點(diǎn)，當(dāng)氣泡長(zhǎng)大離開(kāi)后氣泡頂部的液體取代氣泡，這些接近、達(dá)到沸點(diǎn)溫度甚至是過(guò)熱的液體與熱點(diǎn)直接接觸，更容易汽化產(chǎn)生汽化中心，汽化中心產(chǎn)生后的氣泡形成過(guò)程則與(1)中的一樣；(3)對(duì)于某些特征凹凸結(jié)構(gòu)中沒(méi)有不凝氣體的情況，如凹槽狀的特征凹凸結(jié)構(gòu)、孔徑較大等使得表面張力不足以支撐的情況和特征凹凸結(jié)構(gòu)中有殘余清洗液等，由于特征凹凸結(jié)構(gòu)中的液體相對(duì)于其他部分的液體與微管的接觸面積更大，因此產(chǎn)生局部熱流密度較大，又由于特征凹凸結(jié)構(gòu)中的液體體不容易發(fā)生對(duì)流換熱，從而使得特征凹凸結(jié)構(gòu)中的液體熱量積累、溫度升高，從而先于液體其他部分達(dá)到汽化條件并汽化(在沸騰前的狀態(tài)可以假設(shè)為:宏觀上液體整體都達(dá)到了沸點(diǎn)溫度，在微觀上有微小的溫度差異:在