喷嘴类型对制冷剂喷雾雾化特性及表面传热的影响研究

制冷剂瞬态喷雾冷却是辅助激光手术治疗皮肤病的重要手段,然而当前临床应用中存在冷却量不足、表面冷却不均匀等问题。喷嘴类型对制冷剂喷雾雾化均匀性及表面换热效率有显著影响,本文对比研究了直管喷嘴、膨胀腔喷嘴及环流气体辅助两相喷嘴进行R404A喷雾冷却时的雾化特性及表面传热特性。膨胀腔喷嘴及两相喷嘴具有更高的喷雾中心浓度,较直管喷嘴具有更高的冷却效率,并提高了冷却保护的均匀性及冷却范围控制的精确性,有望成为改善临床治疗效果的替代喷嘴。     

R1336mzz闪蒸喷雾冷却传热特性的实验研究

闪蒸喷雾冷却是高热流密度电子器件有效的散热技术之一.本研究采用新型工质R1336mzz,建立了一个闭式闪蒸喷雾冷却实验平台,研究了喷雾流量和入口温度等影响因素对其传热特性的影响.实验结果表明,闪蒸喷雾冷却的传热性能随流量的增加先增大后减小,在流量为1.4 L/min时,获得最佳的传热性能,临界热流密度最高可达349 W...     

激光手术喷雾冷却中单液滴蒸发理论模型的比较

制冷剂喷雾可对激光治疗葡萄酒色斑过程进行有效冷却以保护表皮不受热损伤,其瞬态喷雾冷却过程涉及复杂的液滴蒸发、强烈的对流换热和质量传递.本文对描述制冷剂喷雾平衡蒸发阶段单个液滴蒸发的理论模型进行改进,比较了基于各种假设的七个气相传质模型对R-134a喷雾冷却过程中单个液滴蒸发特性的影响,发现考虑过热影响的气相模型所预测的蒸发过程最接近实验结果,用该模型研究了液滴初始直径和速度等参数对液滴蒸发特性的影响.     

喷雾冷却换热机理和影响换热性能的因素

 基于目前国内外相关研究结果,分析了喷雾冷却的传热特性,阐述了喷雾冷却换热机理,给出了强化方法,研究了影响换热性能的因素,并给出一些理论临界热流密度（CHF）模型。最后结合高功率激光器件的散热需求,提出了喷雾冷却的发展方向。     

R134a闪蒸喷雾液滴动力学特征实验研究

闪蒸喷雾是典型的气液两相流动,在能源、化工、航天、医疗生物和食品生产等领域中应用非常广泛,对闪蒸喷雾形成的气液两相流中液滴粒径与速度的分布规律进行研究具有重要意义。本文搭建了闪蒸喷雾实验台,以R134a制冷剂为闪蒸喷雾工质,通过特定喷嘴形成闪蒸喷雾气液两相流。应用PDPA对闪蒸喷雾液滴直径和速度沿喷雾轴向方向和径向方向进行系统测量,拟合出了液滴轴向和径向无量纲速度沿径向无量纲距离变化的经验关联式。     

高功率固体激光器喷雾冷却技术

 喷雾冷却作为一种解决高功率激光器散热需求的技术得到越来越多的关注。结合近几年的研究工作,综述了喷雾冷却技术的研究现状。针对高功率激光器的散热需求,主要从传热机理、影响因素、温度均匀性方面进行阐述,分析了存在的问题。提出将制冷系统和喷雾系统结合、R600a等制冷剂为冷却剂的冷却方案,设计了气助式制冷喷雾冷却系统,分析了适用于制冷喷雾冷却系统的工质,提出了喷雾冷却技术在高功率固体激光器散热中的发展方向。     

带膨胀腔喷嘴制冷剂R134a闪蒸喷雾可视化研究

闪蒸喷雾由于存在特殊的气泡爆裂使得其在较小压力下即能够实现较好的雾化效果。为了探索制冷剂R134a的闪蒸喷雾机理,本文利用高速摄像机对直管石英玻璃喷嘴内部流型以及不同膨胀腔喷嘴的外部喷雾特性进行了可视化观察及量化比较。发现随喷雾压力增大,制冷剂R134a在直管喷嘴内部表现出对称空化、非对称空化和类弹状空化等不同的空化流型,其中对称空化流型对应的雾化锥角基本相同。膨胀腔型喷嘴达到较小喷雾锥角所对应的膨胀腔长径比为1:2~2:1,最佳外部喷雾锥角稳定在70°左右。     

喷雾参数对闪蒸冷却换热效果影响的数值研究

真空闪蒸冷却是利用液体工质在真空环境下迅速闪蒸吸热的特点来冷却加热表面的新型冷却方式,其充分利用工质潜热,散热能力强,在航天热控方面有广阔的应用前景。本文用数值研究了喷雾张角、喷雾高度、喷雾压力对水工质闪蒸冷却换热效果的影响。研究结果表明:喷雾压力越大、高度越小,发热表面温度越低,换热量越大,表面温度不均匀性越小;30°喷雾张角比60°换热效果好。本文的研究结果为闪蒸器的优化设计提供了理论基础。     

大冷量相变喷雾冷却的实验研究

相变喷雾冷却具有很高的换热效率和临界热流密度,为了获得大冷量相变喷雾冷却特性,文中设计并搭建了开式喷雾冷却性能实验台,采用R22制冷剂开展了大热流密度喷雾冷却特性的实验研究,详细研究了不同喷嘴入口压力、不同喷雾高度以及不同加热功率下R22的喷雾相变冷却效果。实验结果的分析表明:采用R22时最高热流密度可达到150W.cm-2,其对应的被冷却表面温度为-29.0℃,具有高热流密度及低冷却表面温度的显著特点;实验还从一定程度上揭示了喷嘴高度和喷嘴入口压力对R22喷雾冷却效果的影响。     

高功率二极管激光器相变冷却技术

根据高功率二极管激光器的散热需求,设计了一种储能式相变冷却实验系统,并开展了喷雾相变冷却器和微通道相变冷却器的设计。采用多孔微结构的换热表面,用氨做制冷剂,实现了喷雾相变冷却器表面温度37 ℃时,散热功率密度达到了511 W/cm2。采用节流汽化原理,分别设计了背冷式相变微通道冷却器和薄片型的模块式相变微通道冷却器,背冷式相变微通道冷却器采用氨做制冷剂, 散热功率密度达到了550 W/cm2,采用R124做制冷剂,散热功率密度约270 W/cm2。采用R124做制冷剂,实现了脉冲激光功率3 kW和连续激光功率100 W的相变冷却二极管激光器模块封装。     

喷雾冷却相变传热的建模与模拟计算

喷雾冷却是一种高效的热控技术,为了探索形成完善的喷雾冷却技术设计流程,文章开展了喷雾冷却传热过程的建模研究.针对喷雾冷却传热过程的模拟计算,基于喷雾冷却相变传热的4个传热机制:液膜对流传热、池沸腾传热、二次气泡沸腾传热、二次气泡高频化机制,利用Monte Carlo方法描述了不同粒径与速率分布的液滴撞击液膜并生成二次气...     

喷雾冷却过程的数值模拟方法探索

喷雾冷却是一种高效的热控技术，为了探索形成喷雾冷却技术设计流程，文章研究了喷雾冷却过程的数值模拟方法.针对单相模式和相变模式的喷雾冷却数值模拟，利用发展成熟的内燃机燃油喷雾油膜模拟方法来模化喷雾冷却液膜的相变与传热，开展了基于计算流体动力学的模拟计算.同时建立了喷雾冷却实验台，开展了稳态喷雾冷却实验.计算结果与实验对比表明，基于内燃机燃油喷雾的油膜模拟方法能够较准确地计算单相传热模式下的喷雾冷却性能，而会显著低估相变传热模式下的喷雾冷却性能.      

瞬态液晶技术在涡轮叶片内部冷却研究中的应用

瞬态液晶测量技术能有效测量物体表面的换热系数,目前已经在传热研究中得到了广泛的应用。本文重点介绍了该测量方法在高温涡轮叶片内部冷却传热研究中的实验过程及应用。对内部冷却U型通道的传热研究表明:气膜抽吸作用下,通道内孔附近的传热得到强化,但区域平均传热系数变化不大;同时抽吸能使带肋通道中的压力损失有所降低。为了满足叶片冷却设计中对传热和压力损失的不同要求,改变弯头区的结构形式是一种有效的手段。实验结果进一步表明,瞬态液晶测量方法能准确地测量内部冷却通道中的传热分布,能为测量和优化涡轮叶片内部冷却传热特性提供可靠的数据支持。     

不同雾化模式下乙醇静电喷雾冷却换热特性

为揭示静电喷雾冷却过程传热强化机制,设计搭建了静电喷雾冷却传热实验台,对比研究了滴状、微滴、锥射流及多股射流模式下的喷雾粒径、喷雾速度等雾化特性,分析了雾化模式及工质流量对冷却换热性能的影响规律。研究结果表明,随着电压逐渐增加,喷雾粒径不断减小、喷雾速度不断增大,且电场力逐渐主导液体破碎及喷雾液滴撞击换热面过程;此外,随着雾化模式由滴状/微滴转变为锥射流/多股射流时,电场力可有效促进单相换热区的喷雾液滴铺展以及抑制过热状态下的液滴反弹,使核态沸腾阶段向更高表面温度方向延伸,喷雾冷却换热能力显著提升。     

射流冲击下高温壁面在淬冷过程中的传热特性的实验研究

本文对射流冲击下的瞬态快速冷却过程的传热特性进行了实验研究,并分别对膜态沸腾、过渡沸腾、临界热流密度和核态沸腾等传热阶段进行了分析,讨论了表面冷却速率对沸腾过程产生影响的原因,将实验数据归纳整理成若干个半经验关系式。     

制冷剂耦合空气瞬态喷雾冷却传热实验研究

本文提出了针对激光治疗太田痣手术的制冷剂耦合空气冷却方法,以环氧树脂作为冷却基质研究了制冷剂与空气喷嘴夹角以及空气压力对冷却效果的影响。发现空气辅助下制冷剂喷雾冷却效果有一定程度的改善;在空气压力较小时,随夹角的增大,冷却效果提高;但当空气与制冷剂喷嘴夹角一定时,温度回升速率随着压力升高逐渐加快,能够达到的最低温度也随之升高,不利于冷却。     

基于OpenFOAM的异戊烷闪蒸喷雾动力学特性研究

石油、化工等过程工业中,由于压力容器或者管道破裂而容易引发高压危险化学品泄漏形成闪蒸喷雾.掌握这类闪蒸喷雾动力学特性对事故危害的风险评估具有重要意义.本文通过开源库OpenFOAM及网格局部加密技术对异戊烷闪蒸喷雾进行了数值仿真研究.不同喷雾初始压力和过热温度下模拟喷雾形态结果、以及液滴粒径与速度分布,均与高速摄像机拍...     

毛细微槽结构表面的喷雾冷却可视化研究

本文利用高速摄影仪对具有矩形毛细微槽群结构的加热表面进行喷雾冷却的传热特性进行了可视化实验研究.研究结果表明;喷雾冷却与毛细微槽结构相结合可实现高效率的相变换热过程;随着壁面温度的增加,槽表面经历了槽面完全被水浸没区、薄液膜区、部分干涸区和完全干涸区四个不同阶段;低温区主要是界面蒸发传热方式,高温区主要是沸腾换热方式.     

泡沫金属电磁感应传热机理研究

研究了电磁感应加热下泡沫金属填充液体的磁–热能量转换及瞬态升/降温传热过程,搭建了泡沫金属填充液体在感应加热与液体冷却下的联合控温实验系统,采用“频域–瞬态”和“松耦合”方法求解电磁–传热耦合数值模型,揭示了泡沫金属填充液体的电磁场与热源分布规律、温度响应特性、温度均匀性以及泡沫金属结构和材质等参数的影响规律。结果表明,泡沫金属填充液体的电磁感应传热特性与泡沫金属的结构和材质密切相关。     

蒸发性对燃油瞬态喷雾撞击壁面的动态传热影响

直喷发动机燃油喷雾撞击壁面形成油膜,导致燃烧效率降低,颗粒物排放增加。伴随撞壁的动态传热过程对油膜蒸发具有重要影响。本文针对正戊烷、甲醇、甲醇汽油混合燃料瞬态喷雾撞击壁面,研究了不同条件下蒸发性对燃油瞬态喷雾撞击壁面动态传热影响。结果表明,提高喷油温度可促进燃油雾化,增大喷油压力或降低喷油距离可提高液滴撞壁强度,缩短液膜存在时间。撞壁瞬态温度与热流密度动态变化特征受燃油蒸发性与喷雾条件联合影响。