微小液滴撞擊固體壁面及薄液膜動態(tài)特性的數(shù)值研究.pdf

1、近年來，由于微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子元器件的集成度越來越高，其產(chǎn)生的熱耗量越來越大，傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)已經(jīng)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(shù)，以其高效的換熱能力和嚴(yán)格的溫控能力被越來越多的運(yùn)用于高熱流密度的電子元件散熱。噴霧冷卻是一個(gè)復(fù)雜的相變換熱過程，通過噴嘴或者孔板將制冷工質(zhì)霧化成小液滴，噴射到換熱表面上對器件進(jìn)行冷卻。噴霧冷卻的機(jī)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(dǎo)熱，對流換熱，液膜蒸發(fā)，

2、換熱面產(chǎn)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(shí)現(xiàn)冷卻的效果。由于噴霧冷卻換熱機(jī)理復(fù)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(gè)液滴撞擊固體壁面和壁面薄液膜問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了液滴撞擊固壁后的鋪展，回縮和反彈的運(yùn)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(xiàn)

3、象進(jìn)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(shí)，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(chǎn)生重要影響。當(dāng)壁面憎水性增強(qiáng)，液滴表面張力系數(shù)增大，粘度系數(shù)減小時(shí)，液滴撞擊常溫壁面后所能達(dá)到的最大鋪展系數(shù)減小，且在憎水壁面上容易發(fā)生反彈現(xiàn)象。
　　②液滴以較低速度撞擊壁面薄液膜時(shí)，液滴與液膜融合時(shí)會彈出一

4、個(gè)小的二次液滴。撞擊速度增大后，液膜內(nèi)動能足以克服液膜表面張力形成水花濺射現(xiàn)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(chǎn)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(shí)，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(xiàn)在三相接觸線附近。熱壁面材料對固壁內(nèi)部換熱影響較大，隨固體壁面的導(dǎo)熱系數(shù)增大，其內(nèi)部溫度趨于均一化，固壁內(nèi)部降溫區(qū)域增大但壁面平均溫度