以R21为工质开式系统喷雾冷却实验研究

本文采用准稳态法对以R21为工质的开式系统喷雾冷却性能进行了实验研究。实验在一个大气压和室温条件下进行,并与去离子水的喷雾冷却性能进行了对比。实验结果表明;热流密度在2.87×10~5~7.99×10~5 W/m~2范围内,并且热流密度相同的工况下,工质为R21的热沉表面温度明显低于去离子水;喷雾流量在10.7~17.7 L/h范围内,热流密度和换热系数随着喷雾流量的增加而增大;喷雾高度在6~15 mm范围内,热流密度和换热系数随着喷雾高度的增加先增加后减小。     

喷淋高度对氨喷雾相变冷却特性的影响

喷雾相变冷却具有高热流密度的换热能力,本文通过建立喷雾相变冷却实验系统,以液氨为工质,使用单喷嘴,对冷却面为2.5 cm×1.2 cm的热沉进行了实验研究。结果表明:以氨为工质的喷雾相变冷却具有较高的换热能力;在热流密度达到400W/cm~2时,热沉表面的温度在15℃以下;在实验工况不变时,随喷嘴喷淋高度的降低,临界热流密度值(CHF)增大,最大换热系数可达95000 W/(m~2·K)。     

基于制冷循环的闭式喷雾冷却系统实验研究

喷雾冷却是一种高效换热方式,有着良好的发展前景,其主要优势在于单位质量流体冷却能力强、系统中工质用量少、换热表面温度分布均匀、系统稳定性强。本文设计了使用R134-a作为工质的基于制冷循环的闭式喷雾冷却系统,研究了不同质量流量、腔内压力和热流密度情况下的冷却性能。实验结果表明,喷雾冷却的换热能力优异,最大冷却热流密度达到130 W/cm~2,同时可将表面温度控制在45℃以下,可以保证电子器件的稳定高效运行。此外,系统工质流量及腔内压力存在最优值,且表面过热度对冷却效率有显著的影响。     

平行细小槽道热沉的综合性能实验测试

为考察基于矩形平行细小槽道的压降及传热的综合性能,实验测试了去离子水流过三种不同截面尺寸的平行细小槽道热沉的流动与传热特性,槽道截面尺寸分别为1mm×1mm、0.5mm×1mm、0.5mm×1.2mm,表面热流密度为5.6~33.3W/cm2,工质流量为0.3~5L/min。实验测量了压降及对流换热系数随流量变化关系;综合分析了三种热沉的压降-温度随流量变化规律;得出了细小槽道热沉在给定流量范围内,表面温度为70℃时的极限热流密度。实验结果表明:随着流量增加,表面温度与压降呈相反变化趋势,存在一个最佳工况点,该工况点处的工质流量随热流密度增加而增大;文中所设计的热沉在工质流量为1.3~4.75L/min,表面温度控制在70℃时所能承受的极限热流密度为70W/cm2,此时压降约为170kPa。     

GaN芯片阵列射流冷却技术研究

针对高热流密度GaN芯片局部点热流的散热特点,采用射流冷却传热方法,对340 W/cm~2的高热流密度进行了冷却,热源以4×4点阵形式存在,实验分析了工质流量、热负荷等因素对系统换热性能的影响。以水为冷却工质,工质流量≤4.47 L/min,试验测得点热源温度低于78.8℃。     

阵列喷嘴干冰喷雾冷却特性数值研究

针对高热载荷电子设备散热冷却问题,开展阵列喷嘴干冰升华喷雾冷却特性数值模拟研究。分析了阵列喷嘴入口速度、喷雾高度和模拟热源加热热流密度对干冰喷雾冷却特性和温度均匀性的影响。结果表明：入口速度50 m/s时,热源表面平均温度达到最低值276.3 K;喷雾高度为3 mm时,热源表面的温度均匀性效果最佳。提高干冰入口速度和降低喷雾高度可强化冷却效果和热源表面热均匀性,模拟热源加热热流密度对干冰喷雾冷却换热系数影响不明显。     

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...     

高功率二极管激光器喷雾冷却实验研究

通过以液氨为制冷工质的开式喷雾冷却系统,在相同实验条件下研究了二极管激光器(DL)热沉喷雾表面分别为光滑表面、均匀密排微孔、深孔和多孔表面结构时的冷却效果,实验结果表明:在热流密度达到300W/cm2时,冷却表面温度均保持在28℃以内,适用于高热流密度下的DL热管理问题;喷雾表面均布微结构能显著强化喷雾冷却性能,当采用均匀密排多孔表面时,散热功率达511.5 W/cm2,对流传热系数为346 701.1W/(m2·℃),传热系数较光滑表面时提高了83.9%。     

小温差喷雾碰壁蒸发过渡段换热特性分析

本文对小温差下水平面的喷雾碰壁蒸发传热特性进行了实验研究.通过对实验数据的分析发现,喷雾碰壁蒸发换热过程可分为三个阶段,即雾化工质单相冲击对流换热段、过渡换热段、充分沸腾换热段.在喷雾碰壁蒸发换热过程中,总的热流密度由单相冲击对流换热的热流密度和沸腾换热的热流密度两部分组成.据此,提出并改进了喷雾碰壁蒸发换热过程中过渡段换热系数的处理方法,将有利于对喷雾碰壁换热的进一步研究.     

喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却性能的影响

为了满足大功率激光器件高热流密度及低表面温度的冷却需求,以R22为冷却工质,实验研究了在闭式系统中改变喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却中临界热流密度、冷却温度等冷却性能的影响,实验结果表明:在喷雾入口压力为0.8 MPa,喷雾高度为22 mm,入口温度为-3 ℃的实验条件下,当喷雾腔压力在0.2~0.4 MPa范围内变化时,随着喷雾腔压力的升高,临界热流密度值（CHF）先增大后减小,存在最优的临界热流密度,冷却壁面温度随着喷雾腔压力的升高而上升;当改变喷嘴孔径时,CHF存在最优值,过小及过大的孔径均会影响喷雾冷却性能;当喷嘴孔径为 0.4 mm,喷雾腔压力为0.34 MPa时, CHF值最高,为276.1 Wcm-2,其对应的被冷却表面温度为26.8 ℃,表面换热系数为 66 640 Wm-2K-1。     

微结构表面封闭式喷雾冷却传热特性

以蒸馏水为工质,在闭式循环喷雾冷却系统上,变化喷雾流量,研究了表面几何结构对喷雾传热性能的影响。从对流换热和相变换热比例关系的角度,对喷雾换热机理进行了实验研究。结果表明:与光滑表面相比,微结构表面可明显增强喷雾换热强度,这主要归因于相变换热的增强。表面温度较低时,直肋面换热效果最好 ;增大流量,光面换热增强,而直肋面变化不明显。表面温度较高时,方肋面换热效果最好;随着流量增大,所有面换热均增强。对于微结构表面,相变换热份额均大于50%,故而以相变换热为主;而光滑表面,即使在温度较低时,相变换热份额也大于20%。临界热流密度与三相接触线长度正相关,流量为15.9 mL/min时,方肋面、直肋面和光面的临界热流密度依次为159.1,120.2,109.8 W/cm2,蒸发效率分别为96.0%,72.5%,67.1%。     

无沸腾喷雾冷却技术的研究进展

文中简述了无沸腾喷雾冷却技术近年来国内外的研究进展。着重介绍了关于影响无沸腾区换热各参数的实验研究,如壁面温度、介质体积通量、喷雾流量、喷雾倾角和喷雾高度等,为寻求最佳换热提供了指导。并对无沸腾区的理论研究内容进行了归纳,主要是模拟不同喷雾条件下的换热过程及特性参数(如液膜厚度)的大小和分布,并将理论值与实验数据进行比较分析;总结了影响无沸腾区换热的喷雾特性参数和外部特性。     

喷雾冷却的热逆转现象及其传热强化特性

针对高热流密度激光介质散热问题,利用实验方法研究了以十二烷基硫酸钠水溶液作为工质的喷雾冷却传热特性。结果表明,在特定的热流密度范围内,随着热流密度的增加,加热面温度不升反降,称之为热逆转。热逆转现象对对流换热系数的提升作用可高达94.0%,提升大小与热流密度有关。热逆转对应的热流密度区间为80～130 W/cm2,与浓度关系较小。热逆转现象与实验过程有关,该现象仅在热流密度逐渐升高的过程中出现,降低和任调热流密度过程中未发现此现象。热逆转具体原因还有待研究。     

高功率激光器喷雾冷却的实验研究

 以水为冷却介质,采用Spray公司的TG0.3机械雾化实心圆锥喷嘴,在体积通量为0.044,0.049和0.053 m³/(m²·s)情况下,对刻有不同微结构槽道冷却面的无沸腾区换热性能进行实验研究。结果表明：刻有微结构的表面可明显增强换热效果;壁面刻有高为0.2 mm的微结构槽道且壁面温度为52 ℃时,体积通量为0.044 m³/(m²·s则热流可达260 W/cm²,通量为0.053 m³/(m²·s则散热功率高达376 W/cm²,完全可以满足当前高功率激光器的散热需求。对于光滑面以及槽肋高为0.1和0.2 mm的换热面,其换热能力随着体积通量的增加而增强;换热面高度为0.4 mm时,通量对换热的影响变得较微弱。微结构槽道不仅增加了换热面积,还有利于液膜扩散,减小液膜厚度,增强换热。在三种不同的流量通量下,高度为0.2 mm的微结构槽道换热性能最佳。     

Experimental Investigation Of Spray Cooling Heat Transfer On Straight Fin Surface Under Acceleration Conditions

A spray cooling heat transfer experiment on straight fin surface under acceleration conditions was conducted to investigate the effects of acceleration, flow rate, and nozzle height. The results show that the acceleration can improve the heat transfer performance in a limited way. In addition, whether in the acceleration or stationary condition, the flow rate as well as the nozzle height has the same impact on the spray cooling performance. It is also observed that the surface temperature can influence the effect of flow rate on spray cooling performance, and the cooling performance becomes worse with the increase of nozzle height.     

内嵌微流道低温共烧陶瓷基板传热性能（英）

随着系统级封装（SIP）所容纳的电子元器件和集成密度迅速增加,传统的散热方法（热通孔、风冷散热等）越来越难以满足系统级封装的热管理需求。低温共烧陶瓷（LTCC）作为常见的封装基板材料之一,设计并研制了三种内嵌于LTCC基板的微流道,其中包括直排型、蛇型和螺旋型微流道（高度为0.3 mm,宽度分别为0.4, 0.5和0.8 mm）。通过数值仿真和红外热像仪测试相结合的方式分析了微流道网络结构、流体质量流量、雷诺数、材料热导率对内嵌微流道LTCC基板换热性能的影响,实验结果表明:当去离子水的流量为10 mL/min,热源等效功率为2 W/cm2时,直排型微流道的LTCC基板最高温度在3.1 kPa输入泵压差下能降低75.4 ℃,蛇型微流道的LTCC基板最高温度在85.8 kPa输入泵压差下能降低80.2 ℃,螺旋型微流道的LTCC基板最高温度在103.1 kPa输入泵压差下能降低86.7 ℃。在三种微流道中,直排型微流道具有最小的雷诺数,在相同的输入泵压差下有最好的散热性能。窄的直排型微流道（0.4 mm）在相同的流道排布密度和流体流量时比宽的微流道（0.8 mm）能多降低基板温度10 ℃。此外,提高封装材料的热导率有助于提高微流道的换热性能。     

Study on Ultra-fast Cooling Behaviors of Water Spray Cooled Stainless Steel Plates

Spray cooling is an effective tool to dissipate high heat fluxes from hot surfaces. This article thoroughly investigates the effect of thickness of a hot stainless steel plate on the cooling time, cooling rate, heat flux, and heat transfer coefficient under constant mass flow rate maintained at 1 MPa using water as the coolant. Cylindrical samples of stainless steel with constant diameter (D = 25 mm) and thickness (δ = 7.5, 12, 16.5, and 21 mm) were used in the present study. Critical droplet diameter to achieve an ultra-fast cooling rate of 300°C/s was estimated by using an analytical model for samples of varying thicknesses. The analytical model (one side spray cooling) showed good agreement with experimental results with a relative error of 3.2% in the plate thickness range of 1–12 mm. An increasing trend in maximum heat flux was found with increasing thickness of the plate. Maximum heat flux as high as 1,800 kW/m² was achieved for a 21-mm-thick sample. Heat transfer coefficients in the range 0.092–96.24 kW/m²K, 0.111–98.9 kW/m²K, 0.074–63.4 kW/m²K, and 0.127–55.63 kW/m²K were reported for sample of varying thicknesses in the present study. Limited published work is available with reference to water spray cooling dynamics and thickness of stainless steel plate. Therefore, the present study focuses on the correlation between the thickness of the plate and spray dynamics of water spray cooling.     

压力与流量对喷雾冷却换热特性的影响

本文是在封闭式喷射腔内,以一次蒸馏水作为工质,结合本文所给出的喷嘴高度 H 与有效流量 G' 相互关系的理论模型,对微喷嘴的工质入口压力 P 和工质有效流量 G' 对喷雾冷却的换热特性的影响进行了实验研究.研究结果表明,入口压力 P 对换热效果的影响非常小,而有效流量 G' 对换热效果的影响很大,并且存在一个能使换热效果达到最好的有效流量值.     

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。