高熱流密度環(huán)境下噴霧冷卻系統(tǒng)的設計與研究.pdf

1、噴霧冷卻是一種新興液冷型散熱技術，是目前高功率固體激光器件散熱領域最有前途的冷卻方式。它具有換熱效率高、工質(zhì)需求量少、能夠?qū)崿F(xiàn)均勻散熱等優(yōu)點，但同時其換熱機理復雜。
　　本文針對加熱功率、噴霧壓力與流量、噴霧高度等影響噴霧冷卻換熱性能的因素，設計了開放式水噴霧冷卻系統(tǒng)，制定了控制變量的試驗方案，開展系統(tǒng)換熱性能試驗研究，獲得提高傳熱系數(shù)的方法。試驗得到的主要結(jié)論有：
　　1）試驗獲得的水傳熱系數(shù)在1.55—2.12 W/cm

2、2·K，試驗結(jié)果表明水做介質(zhì)的噴霧冷卻系統(tǒng)傳熱系數(shù)高于其他形式的強制對流換熱系數(shù)。
　　2）在霧化液滴未發(fā)生相變時，傳熱系數(shù)受加熱功率的影響不大，而會隨噴霧壓力提高而增大；試驗指出，噴霧壓力由5bar提高至6bar，傳熱系數(shù)增加7.5％；噴霧壓力由7bar提高至8bar，傳熱系數(shù)僅增加1.4%，過多提高壓力對換熱效果增益有限，同時會造成介質(zhì)浪費。
　　3）在霧化液滴未發(fā)生相變時，噴霧高度由27mm降低至20mm、13mm的過

3、程中，直接噴霧面積減小，傳熱系數(shù)降低2.2%、1.1%；噴霧高度由27mm提升至34mm，參與換熱介質(zhì)流量減小，傳熱系數(shù)降低10.2%；噴霧高度調(diào)整至直接噴霧面積剛好覆蓋熱沉表面時，傳熱系數(shù)最高，換熱效果最佳。
　　4）在水發(fā)生相變的工況下，傳熱系數(shù)較液相工況最高提升14%，換熱性能良好，水的單位質(zhì)量流量載熱能力增強。
　　綜上結(jié)論，針對本文設計的開放式水噴霧冷卻系統(tǒng)，提高傳熱系數(shù)的方法有：
　　1）適當減小噴霧流量或