豎直運動熱源壁面噴霧冷卻液膜流動及傳熱研究.pdf

1、噴霧冷卻是一種新型的散熱冷卻方式，具有冷卻效率高、換熱系數(shù)大、工質(zhì)利用率高等優(yōu)點，目前廣泛地應用于冶金、電子元器件等行業(yè)。由于當前國內(nèi)外對噴霧冷卻的研究主要集中于水平靜止壁面的冷卻方面，而現(xiàn)實生活中常常會碰到豎直運動壁面的冷卻問題，所以有必要對豎直運動熱源壁面的噴霧冷卻進行探究。液膜作為噴霧冷卻重要的傳熱方式之一，對液膜的流動特性及傳熱機理進行研究尤為重要。
　　本文針對豎直運動的熱源壁面，針對壁面的結(jié)構(gòu)特點，采用扇形噴嘴進行噴霧

2、冷卻。首先建立了噴霧的物理模型，在描述流體動力學的三大守恒定律的基礎(chǔ)上，用量綱分析法進行理論推導得到噴流體速度分布函數(shù)的一階線性非齊次微分方程，然后利用常數(shù)變易法求解得到扇形噴嘴的流體速度分布函數(shù);結(jié)合扇形噴嘴的噴霧角度、噴霧距離以及噴嘴質(zhì)量流量等噴霧特性參數(shù)，利用MATLAB軟件對噴霧流體速度分布函數(shù)進行仿真分析，得到了流體速度的分布曲線。結(jié)果表明越靠近噴霧邊緣區(qū)域，流體的速度越小，分布越均勻。
　　其次，建立了液膜流動過程中滿

3、足的質(zhì)量守恒模型和動量守恒模型，對液膜的流動速度和厚度進行理論推導，求解出液膜的流動速度和厚度關(guān)于等效噴霧半徑和噴霧距離的分布函數(shù);給定噴霧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行仿真分析，得到不同噴霧距離條件下液膜的流動速度及厚度關(guān)于等效噴霧半徑的分布曲線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在噴霧邊緣區(qū)域液膜的流動速度比噴霧中心區(qū)域更快，并且液膜的厚度分布也更加均勻，而在噴霧中心區(qū)域的液膜會出現(xiàn)明顯的凸起現(xiàn)象，噴霧區(qū)以外的液膜由于速度的減小，存在累積和回縮的現(xiàn)象。
　　最后，

4、在對液膜流動特性進行研究的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)的能量守恒模型，通過理論推導得到液膜的熱流密度關(guān)于噴霧距離和等效噴霧半徑的函數(shù);利用MATLAB仿真分析得到不同的噴霧距離條件下液膜換熱的熱流密度關(guān)于噴霧距離的分布曲線。結(jié)果表明噴霧邊緣區(qū)域的液膜換熱的熱流密度比噴霧中心區(qū)域高，并且分布更加均勻，傳熱效果更好。
　　綜上所述，本文針對豎直壁面噴霧冷卻系統(tǒng)，分別從噴霧流體速度分布特性、液膜的流動速度和厚度分布情況以及液膜的傳熱特性三方面進行