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.     

喷雾下热沉表面红外热成像的可视化研究

本文是在喷雾条件下，通过红外热成像可视化技术，对矩形毛细微槽群表面以及光滑表面热沉的换热过程进行可视化研究。与传统的接触式测温手段相比，红外热成像技术能直观地反映整个局部范围内的温度分布，对进一步研究各种参数对喷雾冷却换热的影响提供了更好的实验基础。结果表明，随热流密度的增加，发现最先开始出现干涸现象是在热沉表面中心，...     

竖直矩形微槽内的特殊干涸与换热行为

利用宽视场体视显微镜、高速摄影仪以及CCD摄像系统对纯蒸发和沸腾换热情形下竖直矩形毛细微槽内液体的特殊干涸行为进行了观察,对液体沿微槽槽道方向的润湿高度进行了观察测量,并对液体沿微槽槽道方向的相变换热特性进行了实验研究.实验结果表明:竖直矩形毛细微槽群是一种高性能的相变换热强化表面,微槽中液体的蒸发与沸腾对干涸点高度的变化有着复杂的影响,热流密度和相变换热系数沿槽道方向的分布不均匀.     

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%。     

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。     

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。     

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 ℃。     

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%。     

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。     

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.     

毛细微槽内的相变传热的实验研究

本文对矩形毛细微槽竖直板的相变传热特性进行了实验研究。结果表明毛细微槽对相变换热具有很大的促进作用。当壁面过热度较小时,相变换热形式主要是三相接触线附近的蒸发换热机制。而当过热度较大时,微槽内发生剧烈的沸腾。微槽内相变换热的临界热负荷有两种产生机理:其一是当微槽长度较大时微槽内由于流动阻力而产生的液体输运临界;另一机理是当微槽长度较小时的池内沸腾临界现象,亦即由动态微液层模型决定的临界机理。实验还得到了微槽强化传热的最佳优化尺寸。     

强化管管外升膜蒸发换热特性实验

升膜蒸发是利用微细槽道对液体的毛细抽吸作用,在强化管外表面覆盖一层薄液膜,进而以薄膜蒸发的形式实现强化换热.本文针对强化管在水中的浸入深度,蒸发压力,加热壁面过热度等因素对升膜蒸发换热性能的影响展开实验研究.实验结果表明随着管外液位的降低升膜蒸发换热系数明显提高,此外,蒸发压力和加热壁面过热度因素对升膜蒸发换热性能也有着显著的影响.     

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)。     

矩形微槽横截面换热特性的分析

对矩形毛细微槽中液膜在横截面方向上的换热特性进行了研究。计算结果表明,当弯月面与槽底接触时,不仅在微槽的侧壁面上存在两个蒸发薄液膜区,在槽底还形成了两个蒸发薄液膜区;随着槽底热负荷的增大,薄液膜区域热流密度的峰值随之升高;固液接触角增大,薄液膜区域的热流密度峰值增大;薄液膜区域的高强度蒸发换热是矩形毛细微槽高强度换热的主要原因,占总换热量的80%以上;固液界面接触角对薄液膜换热的影响很大。     

竖直微槽道内沸腾换热CHF实验研究

对于沸腾换热,一个主要的约束条件就是临界热流密度(Critical Heat Flux,简称CHF)。这个约束条件对沸腾换热量有一个最高值的限制。文中对矩形微槽道中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。实验数据是在不同尺寸(0.15mm;0.4mm;1mm)微槽道中,在较大范围的面积质量流速和不同进口过冷度下,以去离子水为工质得到的。实验过程中发现,达到CHF时,靠近出口壁面温度会突然升高,此时传热效率迅速下降。实验数据分析结果表明:CHF随质量流量的增加而增加;进口过冷度对CHF没有明显影响;CHF随着出口干度的增加而降低。     

小温差喷雾碰壁蒸发的实验研究

本文对小温差下垂直平面的喷雾碰壁蒸发传热特性进行了实验研究,研究了喷嘴在不同的流量和喷距下热流密度、壁温和换热系数之间的关系.实验中,测量范围还扩展到无沸腾区域.实验发现,在常压下,水雾在加热表面开始沸腾的过热度约为10℃,这时的沸腾换热系数将急剧增大,壁温上升的斜率显著下降.本文的研究结果对新型蒸发器的开发有指导作用.     

大功率光导开关硅微通道散热器设计与测试

 因焦耳加热导致光导开关芯片温度升高并形成局部热点,影响了光导开关功率容量、重复频率和寿命的提高,因此需对光导开关进行主动冷却。设计了一种矩形微槽硅微通道散热器,其由散热器本体和盖板两部分组成,散热器本体上设有分流槽、矩形微槽阵列、汇流槽,盖板通过半导体刻蚀工艺形成通孔,两部分通过硅-硅键合工艺连接以形成闭合通道。以水为工质,实验测试了不同冷却工质流量、进口温度时微通道散热器的换热性能、温度均匀性和流体阻力,证明该微通道散热器在适中的冷却工质流量下具有较高的换热性能、较低的流体阻力和较好的温度均匀性,满足重复频率大功率光导开关的散热冷却需求。     

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。     

蒸汽加热竖直矩形窄通道流动沸腾换热的研究

为研究板式换热器内(蒸发-冷凝器)两相换热机理及流型特征,建立单侧蒸汽加热竖直矩形窄通道可视化实验系统,并进行实验研究。结果表明:在窄通道换热中,以核态沸腾换热机理更为活跃,流动沸腾受到抑制,表面换热系数最大值出现在核态沸腾区域;随着入口温度越高,表面换热系数最大点往左迁移,随着质量流量的增大,过冷段增加,沸腾起始点升高,表面换热系数最大点往右移;矩形窄通道主要出现泡状流、合并汽泡流、搅拌流和环状流四种流型;将实验数据与现有流型图进行对比,发现流型转变与质量流量、通道尺寸及加热方式有关。该研究为更好的设计板式换热器提供了理论依据。     

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。