微小液滴撞擊固體壁面及薄液膜動態(tài)特性的數值研究.pdf

1、近年來，由于微電子技術的迅猛發(fā)展，電子元器件的集成度越來越高，其產生的熱耗量越來越大，傳統(tǒng)的冷卻技術已經很難滿足其散熱要求。噴霧冷卻作為一種相變換熱冷卻技術，以其高效的換熱能力和嚴格的溫控能力被越來越多的運用于高熱流密度的電子元件散熱。噴霧冷卻是一個復雜的相變換熱過程，通過噴嘴或者孔板將制冷工質霧化成小液滴，噴射到換熱表面上對器件進行冷卻。噴霧冷卻的機理是將霧化的液滴顆粒撞擊到熱源表面后形成一層薄液膜，通過液膜導熱，對流換熱，液膜蒸發(fā)，

2、換熱面產生氣化核心，以及液滴攜帶的二次汽化核心等相變過程將熱量帶走，實現冷卻的效果。由于噴霧冷卻換熱機理復雜，影響因素多且各因素之間相互耦合，給研究帶來一定困難。
　　本文針對噴霧冷卻中液滴撞擊壁面和薄液膜動態(tài)過程，采用VOF方法對單個液滴撞擊固體壁面和壁面薄液膜問題進行了數值模擬，研究了液滴撞擊固壁后的鋪展，回縮和反彈的運動規(guī)律，液滴撞擊壁面上薄液膜后液膜形態(tài)變化以及液滴撞擊熱壁面上的換熱特性等；并對液滴撞擊過程中形成空氣卷吸現

3、象進行了研究；獲得了壁面浸潤性，表面張力，液體粘性以及固體壁面材料物性對液滴撞擊后動態(tài)特性和換熱特性的影響規(guī)律。主要研究成果如下：
　?、僖旱巫矒舫毓瘫跁r，壁面特性和液滴初始動能會對液滴的鋪展、回縮和反彈等動態(tài)特性產生重要影響。當壁面憎水性增強，液滴表面張力系數增大，粘度系數減小時，液滴撞擊常溫壁面后所能達到的最大鋪展系數減小，且在憎水壁面上容易發(fā)生反彈現象。
　　②液滴以較低速度撞擊壁面薄液膜時，液滴與液膜融合時會彈出一

4、個小的二次液滴。撞擊速度增大后，液膜內動能足以克服液膜表面張力形成水花濺射現象。表面張力和粘性作用均對濺射水花的生長起抑制作用。液膜越厚，由固壁造成的流動分離產生的徑向流速越小，水花生長最大高度越小。
　?、鄣蜏匾旱巫矒魺岜诿鏁r，液滴在熱壁面上鋪展并換熱，壁面中心處熱流密度波動較大，最大熱流密度出現在三相接觸線附近。熱壁面材料對固壁內部換熱影響較大，隨固體壁面的導熱系數增大，其內部溫度趨于均一化，固壁內部降溫區(qū)域增大但壁面平均溫度