噴霧冷卻換熱特性實(shí)驗(yàn)研究及其系統(tǒng)仿真.pdf

1、噴霧冷卻是伴隨電子集成技術(shù)發(fā)展、高功率設(shè)備應(yīng)用提出的一種新型換熱方式。相比傳統(tǒng)冷卻方式，由于具有換熱能力高、工質(zhì)與熱表面溫差小、工質(zhì)需求少、沒有沸騰滯后、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，噴霧冷卻在高熱流密度散熱方面將具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，噴霧冷卻的換熱機(jī)理比較復(fù)雜，國內(nèi)外相關(guān)方面的研究迄今處于初級階段。本文的工作就是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究噴霧冷卻中參數(shù)對換熱的影響，并分析其換熱機(jī)理，同時對噴霧冷卻換熱系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)模擬仿真。 噴霧特性對噴霧冷卻具

2、有重要影響，本文首先利用相位激光多普勒測速儀研究了兩種不同張角噴嘴的噴霧特性。結(jié)果表明，實(shí)心壓力旋流霧化噴嘴的噴霧參數(shù)在空間上的分布是不均勻的：在噴霧區(qū)的徑向截面上，由中心向外可將噴霧區(qū)分為空心回流區(qū)、主流區(qū)、噴霧邊緣區(qū)，液滴參數(shù)表現(xiàn)為主流區(qū)大、而空心回流區(qū)與邊緣區(qū)極少。 為了便于參數(shù)調(diào)節(jié)，觀察各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析各參數(shù)對噴霧特性的影響，本文建立了開放式的實(shí)驗(yàn)平臺。利用數(shù)碼攝像及紅外成像技術(shù)，對加熱面及其溫度分布進(jìn)行了可視化研究；

3、并得出了噴霧高度、入口壓力、噴霧張角、入口水溫、入射角度等參數(shù)對噴霧冷卻換熱特性的影響。結(jié)果表明：在噴霧冷卻過程中，發(fā)熱壁面存在著較大的溫度分布不均勻性，并且這種不均勻性與實(shí)驗(yàn)條件具有一定的關(guān)聯(lián)性；通常認(rèn)為壁面100％被噴霧液滴覆蓋時噴霧冷卻換熱效果最好，但是本文研究發(fā)現(xiàn)，噴嘴出口距離較小時換熱效果較好，這和傳統(tǒng)觀念是不同的。 在上述平臺基礎(chǔ)上，建立了噴霧冷卻的封閉式實(shí)驗(yàn)平臺，利用該平臺可以更真實(shí)地模擬實(shí)用條件下噴霧冷卻的換熱特

4、性。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：降低噴霧腔壓力可大幅增強(qiáng)噴霧冷卻的換熱能力，系統(tǒng)壓力為7.5～8.1kPa時，其換熱性能與開放環(huán)境下(1atm)的換熱對比，相同壁溫下的換熱量增加了70％；系統(tǒng)壓力從2.5kPa增加到100kPa時，換熱能力呈指數(shù)下降；添加劑硫酸鈉溶液對噴霧冷卻換熱具有一定的增強(qiáng)作用。 在對噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和噴霧冷卻傳熱機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，采用LabVIEW建立了封閉式噴霧冷卻系統(tǒng)的整體仿真模型。仿真結(jié)果顯示：在兩相換熱區(qū)間