开式单喷嘴喷雾冷却均匀性实验研究

针对高热流密度激光介质高效散热与均匀冷却技术需求,设计并搭建了以去离子水为冷却工质的开式单喷嘴喷雾冷却实验平台,实验研究获得了不同热流密度（16～110 W/cm²）、不同冷却工质流量（200～300 mL/min）以及不同喷雾高度（15～25 mm）下单相喷雾冷却换热系数及其冷却均匀性效果。结果表明：该实验工况下,不同热流密度条件下喷雾高度及工质流量对于单相喷雾冷却换热效率及温度均匀性影响显著;喷雾高度15 mm、工质流量200 mL/min时获得最大对流换热系数为5.93 W/（cm²·K）;喷雾高度15 mm、工质流量250 mL/min时面积20 mm×20 mm的热源表面温度均匀性最佳可优于0.6 ℃。     

以R600A为工质的分离式热管的实验研究

对分离式热管的整体热量传递特性进行了实验研究。以蛇形翅片管作为冷凝段和蒸发段进行热管实验,探讨了蒸发器进风面风温及分离式热管蒸发器与冷凝器之间高度差、工质充注量对分离式热管的影响。实验表明,随着蒸发器进风温度的升高,蒸发器与冷凝器换热系数都是呈现先增大后减小的趋势。在冷凝端进风温度恒定为16.55℃、蒸发端进风温度低于60℃时,以R600A为工质的分离式热管的传热量曲线近似于二次曲线,蒸发端进风温度高于60℃时,其传热量曲线近似于一条直线。加大充液率及增加蒸发器与冷凝器的高度差,分离式热管的传热能力均会得到提高。     

以R22为冷却介质的机载闭式喷雾冷却传热性能关联式研究

以机载应用为研究背景,搭建了使用R22的闭式喷雾冷却实验系统,考察了加热表面在介质沸腾状态和临界失效状态的传热性能,为机载高热流密度武器热管理系统的设计提供参考。定义了表征液滴撞击、液膜流动、蒸发换热和沸腾换热的无量纲数,分别为雷诺数Re、韦伯数We、雅可比数Ja和无量纲温度ε,并给出了适用于沸腾换热和临界后失效状态的传热性能关联式,关联式结构简单,实验值与拟合值的相对误差均在±15%以内,满足航空工程设计计算要求。拟合过程中分析了各无量纲数对关联式精度的影响,得出在沸腾换热阶段,韦伯数We的影响不可忽略;雅可比数Ja较之无量纲温度ε更适合用来反映沸腾换热阶段流体和表面的温度变化;在过临界失效阶段主要影响传热性能的是韦伯数We。     

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300 W/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346 701.1 W/(m2℃),传热系数较光滑表面时提高了83.9%。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

盘管表面喷雾冷却传热传质特性实验研究

针对盘管表面喷雾冷却,通过实验方法研究迎面风速、喷嘴进水流量及辅助空气压力对系统传热传质的影响。研究表明,随着迎面风速的增加,系统的传热传质系数逐渐增大,当风速达到1.5 m/s时,部分液滴未能与盘管进行换热就被排出系统,使有效液滴数量降低,传质系数增长速度减慢;随着喷嘴进口水流量的增加,系统的传热传质系数增加,但流量过大会在盘管表明生成较厚液膜形成热阻,使传热传质能力下降;随着辅助空气压力的增大,系统传热传质系数增大,但进水流量一定时,压力过大会使得喷雾流量下降,传热传质增长速率下降。     

毛细矩形微槽群表面喷雾冷却实验研究

本文是在开放式喷雾条件下,以一次蒸馏水为工质,通过改变毛细矩形微槽群表面的位置、喷嘴的出口压力P以及流量G对毛细矩形微槽群表面的换热特性进行实验研究。微槽表面的槽深、槽宽和槽间距分别为0.7 mm、0.55 mm及0.15 mm,微槽的有效加热表面为2 cm×2 cm,喷嘴出口压力P的变化范围为0.3～1.0 MPa。实验研究表明,加热表面的位置对换热效果有一定的影响,在毛细矩形微槽群表面微槽的法线方向与地面平行且轴向方向也与地面平行时的换热效果最好;同时,喷嘴的压力及流量的变化对喷雾冷却也有很大的影响,在单相换热区域,压力流量越大换热效果越好,但在两相换热区域,随着压力流量的增加换热效果则是先增加后减小,本实验在压力为0.51 MPa,流量为26.5 mL/min时所得的换热效果最好。     

铜基镍纳米锥表面喷雾冷却的实验研究

本文实验研究了镜面抛光铜表面和两组不同高度镍纳米锥表面的喷雾冷却换热特性。接触角的实验与分析发现,纳米锥表面的接触角远小于抛光铜表面,且纳米锥高度越高,接触角越小。三组表面在喷雾冷却单相换热区换热性能相近,抛光铜表面换热性能略优。纳米锥表面在喷雾冷却两相换热区展现出更强的换热性能,且纳米锥高度越高,接触角越小,换热性能越好,CHF越高。     

基于金属薄膜热源的喷雾冷却可视化实验研究

本文采用铝箔片作为模拟热源,结合红外热成像技术,对喷雾冷却换热特性进行可视化研究。发现相对于普通实心喷嘴,所喷射液滴轨迹具有切向力的旋转轨迹的喷嘴所得到的换热能力更强,但是在热沉表面温度分布上,不能产生带有旋转切向力的液滴的喷嘴效果更好;随着薄膜热源的输入功率的升高,其喷雾冷却的换热系数随之减少。在质量流量及喷嘴压力较高条件下,这种趋势更为明显。     

小流量下喷雾冷却的理论及实验研究

以水为冷却介质,对半实心旋流式机械雾化喷嘴的雾化性能及无沸腾区换热性能进行实验研究。PDPA的测试结果表明,该喷嘴在喷雾区有一明显的液滴速度、液滴直径减小的回流区,且距喷口越近,回流越明显。对质量通量为11.67～29.06 kg/(m~2s)之间的换热性能研究发现,热流、换热系数均随着流量通量的增加而增强;壁面温度对无沸腾区换热亦有一定的影响,且壁面温度愈高,换热性能亦愈强。给出了反映壁面温度影响的无量纲参数ξ,并对Reynolds数为116.2～289.2的实验数据进行拟合得到反映无沸腾区换热特性的无量纲关系式。     

以R134a为工质的分离式热管换热性能分析

以核电站乏燃料水池散热及太阳能热利用等为应用背景,实验分析了R134a作为工质的分离式热管在不同热源温度和不同充液率条件下的换热特性。在热源温度从40℃以5℃间隔递增到65℃的条件下,共进行了6组不同的充液率实验,分别为43.7%,51.7%,60.1%,68.5%,75.2%,82.9%。实验结果表明,系统充液率达到68.5%以后,换热量和换热系数随着充液率的增加波动小,存在最佳充液率区间,并且管内蒸发温度和换热量随着热源温度的升高而升高。与氨工质关于蒸发段换热系数和换热量两方面进行数据分析对比,结果表明随着充液率的增加,两种工质在管内换热系数和换热量上存在较大差异。     

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。     

混合工质R12/R142热泵循环的模拟计算及实验研究

在非共沸混合工质用于热力循环系统的研究中,理论研究的主要障碍是,非理想溶液混合工质热物性数据甚为缺乏。本文提出一套利用较少的热物性数据,进行非理想溶液混合工质热泵循环的模拟计算方法,并对模拟计算结果进行了实验验证。     

光滑表面与切槽表面喷雾冷却的实验研究

本文通过改变喷雾的流量(压力)、喷射高度和喷射倾斜角对平板和切槽表面喷雾冷却进行了实验研究。实验用的强化表面是将表面切割出0.2mm高、0.2 mm宽的方形翅块。实验结果表明:流量、喷射高度均存在最优值,大的喷射倾角会削弱冷却性能;对比同样条件下的平板表面,切槽表面显著强化了喷雾冷却的性能,对流换热系数提高约30%。