小型喷雾冷却装置两相区传热特性模拟及优化
Numerical Simulation and Optimization on Two-Phase Heat Transfer Characteristics of Small Spray Cooling Device作者机构：大连理工大学化工学院大连116024
出 版 物：《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 (Journal of Tianjin University：Science and Technology)
年 卷 期：2023年第56卷第6期
页 面：564-572页
核心收录：
学科分类：080701[工学-工程热物理] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理]
摘 要：喷雾冷却技术应用于小型固体激光器等高功率设备时,对其操作参数优化是提高系统传热能力、提升设备运行稳定性的有效手段.针对某小型喷雾冷却装置开发的需要,基于计算流体力学(CFD)开展模拟研究,采用欧拉-拉格朗日方法,设计开发了喷雾冷却系统数理模型,模拟结果与实验结果的最大相对误差为4.3%,证明了模型的可靠性.通过单因素模拟研究操作参数对系统传热性能的影响,结果表明:热流密度为223.98 W/cm^(2)时,降低工质温度、增大工质流量与喷射速度、降低环境温度均可提升系统的传热性能;其中工质温度、工质流量与喷射速度对喷雾冷却两相区传热过程影响明显,环境温度则影响较小;不同操作参数下热沉表面温度均呈现中心温度低并沿径向逐渐升高的特征.在单因素模拟基础上,通过正交模拟试验方法对操作参数进行整体优化,确定各因素显著程度.结果表明:热流密度一定时,以热沉表面平均温度为指标,操作参数对系统传热性能影响显著度排序为工质流量喷射速度工质温度;基于喷雾冷却装置设想,优化出的实验系统操作参数推荐值为工质流量46.88 L/h、喷射速度23.4 m/s、工质温度8℃.建立的模型可有效预测喷雾系统在两相区的传热特性,对喷雾冷却两相区的模拟有良好的推广应用价值,可对小型喷雾冷却装置的设计提供理论依据.
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