喷雾冷却临界传热特性试验研究

为了进行极限热工况下的喷雾冷却传热特性研究,设计并搭建采用蒸馏水及乙醇溶液喷雾冷却试验台,分析结构参数、喷雾流量、喷雾腔内压力等对喷雾冷却临界热流密度的影响。试验结果表明:临界热流密度随槽道深度增加先增大后减小,最佳槽道深度为0.8 mm,此时临界热流密度达到326 W/cm^2;随着喷雾流量的增加,临界热流密度始终增大;喷雾腔内压力对临界热流密度基本没有影响。计算结果表明,喷雾冷却效率随槽道深度增加而提升,随喷雾流量的增加而减弱。     

微槽道表面喷雾冷却的实验研究

本文建立了以蒸馏水为工质的开放式喷雾冷却系统,研究了工质体积流量、槽道宽度、槽道高度对喷雾冷却系统换热性能的影响。结果表明:保持槽道高度为0.8 mm,喷雾流量为0.45 L/min时,随着槽底宽度从4 mm减小至1 mm,传热系数增加了41%;而当喷雾流量为1.25 L/min时,表面传热系数仅增加了8.5%,因此减小槽底宽度对喷雾冷却效果有一定的促进作用,但大流量时并不明显;保持槽底宽度为2 mm,改变槽道高度,当喷雾流量为0.45 L/min时槽道高度对热沉表面的换热影响较大,存在最优槽道高度(0.8 mm),此时热流密度和表面传热系数分别为198.5 W/cm~2、2.75 W/(cm~2·K),与光滑面相比增加了21.25%和30.95%,且存在最低表面温度;而当喷雾流量增至1.25 L/min时,喷雾冷却效果随着槽道高度的增加而持续增加。在以上基础上推导了微槽表面喷雾冷却强化换热机理,得出反映槽道尺寸对换热影响的微槽群表面无量纲准则方程。     

R134a喷雾冷却系统换热性能研究

本文建立了以R134a为冷却工质的封闭式喷雾冷却系统,研究了工质过冷度、质量流量和热流密度对喷雾冷却系统换热性能的影响。其中,工质过冷度由喷嘴入口前的过冷段控制,质量流量通过变频齿轮泵调节,热流密度通过改变加热电源电压和电流控制。实验结果表明,在热流密度和质量流量保持不变时,改变过冷度对热源表面温度和换热系数的影响并不明显;在热流密度和过冷度保持不变的条件下,系统存在一个临界质量流量值,在质量流量达到临界值之前,热源表面温度随质量流量的增大而降低,当质量流量高于临界值时,热源表面温度随质量流量的增大而升高;当质量流量和过冷度保持不变时,存在一个热流密度使液滴的蒸发量等于补充量,在此热流密度下热源表面系数能达到最大。     

机载喷雾冷却换热特性关键影响因素实验研究

为详细研究喷雾冷却系统在大热沉表面积和无沸腾区下的换热特性,并为喷雾冷却系统的机载应用提供技术基础,搭建以水为冷却介质的开放式喷雾冷却实验台。基于实验数据从特征参数和无量纲数两方面研究加热功率、喷雾入口压力对换热性能的影响;并根据飞行工况考查重力角度的影响。得到实验结果:在加热功率500~1 400 W及入口压力0.45~0.85 MPa的条件下,热沉表面温度均能控制在80℃以下。加热功率一定时,系统表面传热系数随入口压力的增加而增加,且增加速率随着功率的增加而增加;热沉表面温度随入口压力增加而减小,且减小速率随着功率增加而增加;表面传热系数随Re和We的增加而增加,增加速率随功率增加主要是由于蒸发强度的增加。此外,与重力方向夹角为30°或120°时,喷雾冷却性能最好。结果表明各工况下喷雾冷却换热效果良好,表面参数均处于合理范围,为该技术在机载领域的应用提供技术参考。     

射流冲击冷却系统实验性能研究

对一闭式射流冲击冷却系统的循环冷却性能进行了实验研究,讨论了循环流量和喷射压差对冷却循环系统性能的影响.为了分析射流换热性能的差异,对不同喷射压力和流量的工况进行分析,并通过对喷射腔内的喷射状态观察,与相关的换热试验性能进行了对比分析.     

多喷嘴阵列喷雾冷却技术的研究进展

喷雾冷却是一种换热效率高、工质需求量小、温度均匀性好的大功率强制冷却技术。近年来,采用多喷嘴的阵列喷雾冷却作为一种能够满足更大面积及更高热流密度表面散热需求的技术得到国内外学者越来越多的关注。结合现有的研究成果,本文从理论研究和试验研究2个方面,分析与总结国内外阵列喷雾冷却技术的研究现状和进展,并指出多喷嘴陈列喷雾冷却技术的发展方向。     

喷雾参数对喷雾冷却换热特性影响的实验研究

搭建了一套封闭式喷雾冷却实验系统(水为工质),利用高速摄像仪对实验进行了可视化研究,分析对比了喷雾高度和喷雾压力在光滑表面及微结构表面对喷雾冷却换热特性的影响。结果发现:相比于光滑表面,在微结构表面上,喷雾高度和喷雾压力对喷雾冷却换热的影响更加明显。当喷雾高度较高时,降低喷雾高度可明显提高热流密度,直至喷雾高度较低且喷雾底圆与换热面内接时,继续降低喷雾高度,热流密度也略有上升;反之,提高喷雾高度则会降低热流密度,减小工质的有效流量,使换热表面过早出现干涸,表面温度均匀性变差。但大幅降低喷雾高度会延迟喷雾冷却进入两相区换热,降低喷雾冷却效率,并不利于换热。所以,喷雾高度对喷雾冷却换热特性的影响具有两面性,而喷雾压力的影响则趋于单一性,增大喷雾压力能提高喷雾冷却热流密度,增强表面温度均匀性,尤其在单相区,随着喷雾压力的增大,热流密度明显增大,最后趋近于一个固定值。     

现代电子器件冷却方法研究动态

电子器件冷却问题是电子器件热设计中的一个关键问题。本文简单介绍了一些主要用于高热流密度电子器件的冷却方法，并对某些前沿的研究现状做一概述，希望能引起国内同行的关注。     

激光器射流冲击冷却系统的模拟与实验

对一种紧凑式矩形阵列喷射冷却系统进行了系统设计、喷射性能模拟和实验。模拟采用Eulerian模型得出射流两相区相界面和不同壁面温差下的热流量及其在冷却表面的分布;通过模拟和实验比较,分析射流冲击冷却的特点及适用范围,并通过实验分析了冷却表面热流量与壁面温差的关系,以及该设计系统的冷却能力。     

摇摆激励喷雾冷却实验装置设计

喷雾冷却技术广泛应用于高热流密度机载设备的高效换热。为更好地开展喷雾冷却换热特性实验研究,设计并搭建了摇摆激励喷雾冷却实验装置。首先,通过监测温度、压力及流量等实验数据,以及对模拟加热源进行热沉壁面温度、热流密度和传热系数的不确定度分析,设计了喷雾换热腔系统、摇摆控制系统和数据采集分析系统。然后,通过开展不同幅度摇摆激励下的稳态喷雾冷却换热特性实验来验证所设计装置及方法的可行性。结果表明,喷雾冷却分为浸没喷雾、半浸没喷雾及正常喷雾三个阶段;摇摆激励引起的换热废液不正常排出导致喷雾冷却换热行为发生了变化,在摇摆过程中热沉壁面温度和热流密度剧烈波动;摇摆停止后积液开始不断减少,随着积液高度的不断降低,喷雾冷却换热特性随之变动。在喷雾冷却过程中,幅度不同的摇摆激励下热沉壁面温度的增幅最高可达26.47%,约升高了10.915℃;铜柱热流密度的降幅高达5.42%,约下降了4.126 W/cm²。所设计的实验装置稳定可靠,对机载设备喷雾冷却换热特性的研究和工程应用具有一定价值。     

相变喷雾冷却技术的研究进展

论述了中国国内外近年来喷雾冷却技术在沸腾区相变换热的研究进展,并对影响沸腾区喷雾冷却换热性能的喷雾特性及外部特性作了总结.沸腾区的研究包括实验研究和理论及数值研究两部分内容.实验研究主要分为两方面:一是对整体换热性能的研究;二是针对临界热流密度(CHF)的研究;理论及数值研究主要集中在对液膜分布、气泡生长及二次成核等过...     

中厚板加速冷却和直接淬火时冷却能力研究

为了确定加速冷却或直接淬火时实现预期的冷却速率所需的对流换热系数,利用MSC.MARC有限元分析软件对Q345B中厚钢板冷却过程中温度场进行了数值模拟计算.确定了实现直接淬火条件下不同厚度(20 mm)钢板的理论极限冷却速率所需的对流换热系数为15 000 W/(m2·℃),并分析了冷却速率与对流换热系数、钢板厚度之间关系.研究表明,对于同一厚度、材质中厚钢板,其冷却速率随对流换热系数的增加而增大.超快速冷却或直接淬火时,带钢冷却速率随对流换热系数增加而显著增加;对流换热系数大于15 000 W/(m2·℃)时,厚度(30 mm)钢板的冷却速率基本不变,达到其物理极限冷却速率;换热系数增加,厚度方向上温度梯度增加.     

R410A和R22在小管径水平管内冷凝换热特性研究

本文搭建了冷凝换热实验台,对R410A和R22管内冷凝换热系数性能进行对比研究,实验工况为质量流速200~800kg/(m^2·s)、饱和温度40℃、干度0~1、5 mm外径水平光滑铜管,分析了质量流速和干度对管内冷凝换热的影响,并将应用于传统管道的关联式与实验所得数据进行对比。结果表明:冷凝换热表面传热系数与质量流速和干度呈正相关,高干度区域时的冷凝换热表面传热系数增幅显著;M. M. Shah[4]关联式来预测实验数据的效果并不理想,与实际值相比偏差最大可达60%,但是预测低质量流速和低干度区的数据较为理想;当质量流速较小(G=200 kg/(m^2·s))时,R410A的冷凝换热表面传热系数要低于R22;随着质量流速的增大(G=400 kg/(m^2·s)),二者冷凝换热表面传热系数的差距减小;当达到中高质量流速(G=600kg/(m^2·s))时,R410A的冷凝换热表面传热系数与R22的相似;当质量流速继续增大(G=800 kg/(m^2·s))时,R410A的冷凝换热表面传热系数随着干度的增大开始高于R22的。     

采用多通道直冷板的两相循环冷却系统实验研究

本文搭建了以R1233zd(E)为工质的多通道直冷板两相循环冷却系统,并在冷凝温度为10、15、20 ℃,质量通量147~882 kg/(m2?s),热流密度7.73~39.75 kW/m2工况下对系统热力学循环和冷却性能进行实验研究。实验结果表明：质量通量上升,出口制冷剂焓值降低,热流密度上升,蒸发压力与出口制冷剂焓值升高。不同热流密度下冷板壁面温度随质量通量的变化趋势有所不同：当热流密度为7.73 kW/m2时,制冷剂质量通量由147 kg/(m2?s)增至735 kg/(m2?s),最大温差由2.9 K降至1.6 K;当热流密度为39.75 kW/m2时,最大温差由3.6 K增至5.2 K。不同质量通量下,换热系数随热流密度增加有不同幅度的升高：质量通量为147 kg/(m2?s)时,换热系数由1 843 W/(m2?K)增至4 528 W/(m2?K);而质量通量为588 kg/(m2?s)时,在相同条件下换热系数由1 536 W/(m2?K)增至3 569 W/(m2?K)。     

喷雾降温技术在大型发电厂直接空冷系统中的应用

应用直接空冷系统的空冷电站,在夏季极端高温条件下运行时机组性能会明显下降。在空冷单元中添加喷雾冷却装置能够极大改善空冷机组的运行特性。本文设计一套将喷雾增湿与蒸发冷却技术相结合的新型空冷喷雾装置。采用数值模拟与实验相结合的方式分析添加该喷雾系统后空冷单元的运行特性。结果显示该新型系统的空气降温与汽轮机背压降低效果良好。对应用该喷雾技术后的工程实例进行分析,实际运行情况表明该机组在夏季极端高温条件下运行良好,且耗水量被控制在理想的范围内。     

环境参数对蒸发式冷却换热器性能影响的实验研究

本文利用由焓差室控制环境参数的水-水蒸发式冷却换热器实验台,研究喷淋密度、迎面风速和环境参数对其传热传质性能的影响。当改变喷淋密度和迎面风速时,测得最佳喷淋密度为0.031 4 kg/(m·s),最佳迎面风速为3.22 m/s;在最佳喷淋密度和最佳迎面风速的条件下,改变环境参数,测得湿球温度从22℃上升至28℃时,总传热系数降低约4.2%,传质系数降低约9.3%;相对湿度从85%降低至55%时,总传热系数上升约10%,传质系数上升约13.7%。