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(guó)內(nèi)外相關(guān)方面的研究迄今處于初級(jí)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(duì)換熱的影響，并分析其換熱機(jī)理，同時(shí)對(duì)噴霧冷卻換熱系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)模擬仿真。 噴霧特性對(duì)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(cè)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(duì)噴霧特性的影響，本文建立了開放式的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。利用數(shù)碼攝像及紅外成像技術(shù)，對(duì)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(duì)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(shí)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(shí)換熱效果較好，這和傳統(tǒng)觀念是不同的。 在上述平臺(tái)基礎(chǔ)上，建立了噴霧冷卻的封閉式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用該平臺(tái)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(shí)，其換熱性能與開放環(huán)境下(1atm)的換熱對(duì)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(shí)，換熱能力呈指數(shù)下降；添加劑硫酸鈉溶液對(duì)噴霧冷卻換熱具有一定的增強(qiáng)作用。 在對(duì)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