浸液超声状态下喷雾冷却换热特性研究

作     者：黎仕华 

作者单位：苏州科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙志高;李俊

授予年度：2022年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 080701[工学-工程热物理] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：喷雾冷却 浸液超声 强化换热 对流 传热 

摘      要：随着科技的发展,电子元器件散热需求不断增加,喷雾冷却在高热流密度散热条件下具有很大的研究价值。本文针对超声在液体中传播时,存在声流和空化机制能够强化换热,搭建了无沸腾区闭式超声浸液式喷雾冷却试验台,主要研究了喷雾冷却在无沸腾区换热机理和影响因素。主要研究内容为热流密度、喷雾压力、浸液状态参数(浸液水温及浸液水量高度)对浸液式喷雾冷却换热特性的影响,以及超声的热耗散效应、超声宏观因素(超声施加距离)、超声在不同的喷雾压力、热流密度及喷雾高度下对浸液式喷雾冷却换热性能的影响。本论文主要有以下结论:(1)喷雾冷却换热存在最佳高度;因喷射角不同,不同喷嘴最佳喷雾高度不同;对于小流量喷嘴,浸液工况下喷雾最佳高度会低于未浸液工况。增加喷雾压力、喷雾流量能有效地提升表面换热系数;增加热流密度,喷雾冷却换热系数提升;浸液式喷雾在小流量大喷雾压力条件(8.42L/h、0.7MPa)下能够强化换热。(2)根据浸液水量高度不同,浸液式喷雾分为两种状态。当喷嘴未完全浸没于液体中且浸液温度较低时,浸液能有效地强化喷雾冷却换热;当喷雾完全浸没时,浸液在一定程度上会恶化传热,但随着浸液水量的升高,浸液式喷雾换热效果会增强。控制浸液水温较低时,浸液式喷雾冷却的换热能力相比未控温的浸液式喷雾会有所增强,对于水量较少(如浸液水量高12mm)且此时为完全浸没式喷雾,其增强效果明显,表面换热系数最高可提升30.6%。(3)在本文实验范围内,超声距离的增加导致其声流速度减小,从而减弱超声浸液式换热能力。当热流密度较小(45W/cm)且喷雾压力超过0.3MPa时,超声浸液式相比浸液式的强化换热作用减弱,甚至会恶化传热。最佳喷雾高度下,在喷雾压力0.1MPa时,以浸液喷雾为参照,随着热流密度的升高,超声强化喷雾冷却能力得到提升,可达14.4%。随着喷雾高度的增加,由于浸液阻力影响使得液流冲击速度减小,导致无论浸液式还是超声浸液式喷雾冷却的换热效果都会降低,但超声对浸液式喷雾冷却换热能力强化的幅度增加。在喷雾高度18mm、喷雾压力为0.1MPa时,超声对浸液式喷雾冷却表面换热系数提升能力可达29.1%。