噴霧冷卻換熱特性實驗研究及其系統(tǒng)仿真.pdf

1、噴霧冷卻是伴隨電子集成技術發(fā)展、高功率設備應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、工質與熱表面溫差小、工質需求少、沒有沸騰滯后、結構緊湊等優(yōu)點，噴霧冷卻在高熱流密度散熱方面將具有廣闊的應用前景。然而，噴霧冷卻的換熱機理比較復雜，國內外相關方面的研究迄今處于初級階段。本文的工作就是在實驗的基礎上研究噴霧冷卻中參數對換熱的影響，并分析其換熱機理，同時對噴霧冷卻換熱系統(tǒng)進行系統(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。結果表明，實心壓力旋流霧化噴嘴的噴霧參數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)，液滴參數表現為主流區(qū)大、而空心回流區(qū)與邊緣區(qū)極少。 為了便于參數調節(jié)，觀察各種實驗現象，分析各參數對噴霧特性的影響，本文建立了開放式的實驗平臺。利用數碼攝像及紅外成像技術，對加熱面及其溫度分布進行了可視化研究；

3、并得出了噴霧高度、入口壓力、噴霧張角、入口水溫、入射角度等參數對噴霧冷卻換熱特性的影響。結果表明：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驗條件具有一定的關聯性；通常認為壁面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，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。 在上述平臺基礎上，建立了噴霧冷卻的封閉式實驗平臺，利用該平臺可以更真實地模擬實用條件下噴霧冷卻的換熱特

4、性。實驗研究結果表明：降低噴霧腔壓力可大幅增強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，換熱能力呈指數下降；添加劑硫酸鈉溶液對噴霧冷卻換熱具有一定的增強作用。 在對噴霧冷卻實驗數據和噴霧冷卻傳熱機理分析的基礎上，采用LabVIEW建立了封閉式噴霧冷卻系統(tǒng)的整體仿真模型。仿真結果顯示：在兩相換熱區(qū)間