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喷雾冷却中液滴撞击带气泡液膜的数值模拟

化工进展 2022年第4期41卷 1735-1741页

作者：张春超潘艳秋杜宇杰高石磊俞路大连理工大学化工学院辽宁大连116024

在喷雾冷却过程的核态沸腾区,液滴与液膜及液膜内气泡的撞击对过程传热有重要影响。本文建立以水为冷却工质的单液滴撞击带气泡液膜的二维数值模型,模拟研究过程现象和传热规律。结果表明,We为6.94、量纲为1的液膜厚度为0.5(对应液滴速... 详细信息

在喷雾冷却过程的核态沸腾区,液滴与液膜及液膜内气泡的撞击对过程传热有重要影响。本文建立以水为冷却工质的单液滴撞击带气泡液膜的二维数值模型,模拟研究过程现象和传热规律。结果表明,We为6.94、量纲为1的液膜厚度为0.5(对应液滴速度0.5m/s、液膜厚度1mm)时,撞击过程中液膜扰动不显著、运动形态近似波纹;当We增大到111.11(对应液滴速度2m/s)时,撞击过程中液滴与液膜接合处的表压达到6000Pa,成为颈部射流现象的推动力,并逐步发展形成冠状水花;撞击过程中气泡的存在会阻碍液滴与加热表面的直接接触,但随着气泡的破裂,液滴与加热表面直接接触换热,使撞击点附近表面传热系数远大于其他区域,提高了传热能力,且液膜厚度越小、液滴速度越大,表面传热系数峰值越高。研究结果可为喷雾冷却系统的进一步研究提供理论依据。

关键词：液滴撞击喷雾冷却两相流气泡夹带数值模拟

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喷雾冷却液膜流动特性测试方案优化及传热规律分析

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化工学报 2024年第8期75卷 2734-2743,F0004页

作者：陈引赵霄杜王芳杨竹强李凯赵建福中国科学院力学研究所北京100190 大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024 中国科学院大学工程科学学院北京100049

喷雾冷却过程中,液滴-液膜-热壁面多子过程交互的强干扰体系造成液膜流动特征的捕捉非常困难,致使喷雾冷却高效换热机理还未得到本质澄清。开展了HFE-7000和HFE-7100喷雾液膜流动与传热研究,明确相机内置感光参数、快门和光圈组合、取... 详细信息

喷雾冷却过程中,液滴-液膜-热壁面多子过程交互的强干扰体系造成液膜流动特征的捕捉非常困难,致使喷雾冷却高效换热机理还未得到本质澄清。开展了HFE-7000和HFE-7100喷雾液膜流动与传热研究,明确相机内置感光参数、快门和光圈组合、取样策略等耦合影响下的液膜流动特性测试与诊断方案,针对不同表面均取得了良好的测试效果。提出了基于标准液膜的ADD型误差分析方法,给出相关参数的偏差和随机误差,获得了不同热通量、压力和喷嘴高度下HFE-7100液膜分布和流动过程润湿面积、接触线长度等特征及规律,发现孤立液膜润湿面积随表面温度升高而降低,接触线则随温度呈现出降低或少数工况降低-升高的趋势,并探讨了液膜流动特征与传热规律的有机联系。

关键词：喷雾冷却液膜流动孤立液膜误差分析 HFE-7100

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喷雾冷却孤立液膜速度特性实验研究

工程热物理学报 2024年第1期45卷 163-172页

作者：赵霄赵聿章陈引张博张海峰大连理工大学能源与动力学院复杂能源转换与高效利用辽宁省重点实验室大连116024 大连理工大学宁波研究院宁波315000 宾夕法尼亚州立大学计算机工程系美国宾夕法尼亚16802

液膜流动是喷雾冷却复杂热量传递过程的直接载体,因此,液膜动力学特性研究对理解喷雾冷却的传热机理至关重要。但由于雾化液滴与具有高湍流度薄液膜之间存在的强烈相互作用和扰动,研究者们对液膜在表面的演化过程知之甚少。本文研究了... 详细信息

液膜流动是喷雾冷却复杂热量传递过程的直接载体,因此,液膜动力学特性研究对理解喷雾冷却的传热机理至关重要。但由于雾化液滴与具有高湍流度薄液膜之间存在的强烈相互作用和扰动,研究者们对液膜在表面的演化过程知之甚少。本文研究了不同热流和压力下两相区HFE-7000在光滑表面液膜分布、流动速度和当量直径等特性。测量了不同工质在不同喷射压力下雾化液滴速度空间分布,并提出了经验预测关联式。测量了孤立液膜流动速度及其当量直径,同时求解了孤立液膜韦伯数分布及其平均值。最终,基于雾化液滴径向速度与孤立液膜速度的有机联系,结合表面温度梯度等条件,提出了孤立液膜平均速度和平均韦伯数的预测方法,相应的预测极限分别小于21.52%和24.3%.

关键词：喷雾冷却液膜流动液膜速度韦伯数

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喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热

工程热物理学报 2007年第z1期28卷 221-224页

作者：高珊曲伟姚伟中国科学院工程热物理研究所北京100080 中国空间技术研究院北京100086

喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热强弱可用铺展系数和冷却效能的大小来反映。本文利用Volume-of- Fluid(VOF)方法,对初始直径在50～150μm,初始速度在1.0～10.0 m/s之间的单个液滴冲击恒温发热表面的情况进行了数值模拟。模拟结果表... 详细信息

喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热强弱可用铺展系数和冷却效能的大小来反映。本文利用Volume-of- Fluid(VOF)方法,对初始直径在50～150μm,初始速度在1.0～10.0 m/s之间的单个液滴冲击恒温发热表面的情况进行了数值模拟。模拟结果表明,增加液滴的初始速度和直径会扩大液滴的铺展范围,即铺展系数增大;液滴的初始直径越小、速度越大,则其冷却效能越大,即冷却能力越强。定量结果对喷雾系统的设计具有重要意义。

关键词：喷雾冷却液滴冲击铺展系数冷却效能

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喷雾冷却换热机理和影响换热性能的因素

强激光与粒子束 2011年第9期23卷 2277-2281页

作者：王亚青刘明侯刘东王璐郭红中国电子科技集团第三十八研究所合肥230088 中国科学技术大学热科学和能源工程系合肥230027

基于目前国内外相关研究结果,分析了喷雾冷却的传热特性,阐述了喷雾冷却换热机理,给出了强化方法,研究了影响换热性能的因素,并给出一些理论临界热流密度(CHF)模型。最后结合高功率激光器件的散热需求,提出了喷雾冷却的发展方向。

关键词：散热机理传热学喷雾冷却临界热流密度

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喷雾冷却换热强化研究进展及影响因素

化工学报 2023年第8期74卷 3149-3170页

作者：陈天华刘兆轩韩群张程宾李文明东南大学能源与环境学院江苏南京210096

喷雾冷却是一种高效的散热手段,广泛应用于高热通量电子元器件的热管理。近年来,喷雾冷却引起了极大的关注,其换热能力得到了显著的提升。特别地,新型微纳米表面的开发极大地促进了喷雾冷却传热的发展,丰富了喷雾传热强化的机理研究。因... 详细信息

喷雾冷却是一种高效的散热手段,广泛应用于高热通量电子元器件的热管理。近年来,喷雾冷却引起了极大的关注,其换热能力得到了显著的提升。特别地,新型微纳米表面的开发极大地促进了喷雾冷却传热的发展,丰富了喷雾传热强化的机理研究。因此,本文全面系统地总结了喷雾冷却的最新研究成果,讨论了喷雾换热的强化机理,从传热表面特性,工作介质以及喷嘴参数等多个方面讨论了喷雾冷却换热的关键影响因素。最后,进一步探讨了喷雾冷却抑制Leidenfrost现象的机制,并对喷雾冷却未来研究方向进行了展望。

关键词：喷雾冷却传热微纳结构多功能工程表面 Leidenfrost现象

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喷雾冷却沸腾传热强化试验

中国石油大学学报（自然科学版） 2021年第1期45卷 175-182页

作者：张伟张亚东杨韬杨勇中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580 中国石化胜利石油管理局有限公司新能源开发中心山东东营257000

随喷雾流量及过热度增加,热流密度增大,但热表面中心干涸区变大、液膜覆盖区减小,表面利用率降低,传热性能有提升空间。基于此,通过改变单喷嘴高度、设计微孔阵列喷嘴两种途径,探讨热表面液膜均匀性和喷雾冲击强度对传热的影响规律。结... 详细信息

随喷雾流量及过热度增加,热流密度增大,但热表面中心干涸区变大、液膜覆盖区减小,表面利用率降低,传热性能有提升空间。基于此,通过改变单喷嘴高度、设计微孔阵列喷嘴两种途径,探讨热表面液膜均匀性和喷雾冲击强度对传热的影响规律。结果表明单喷嘴高度存在最佳值(4 mm),此时热表面无干涸区,喷雾冷却沸腾传热性能最强;与喷嘴高度6 mm相比,在喷雾流量为50 mL/min、过热度为20 K时,热流密度提高了13%;微孔阵列喷嘴形成的液膜分布更均匀,使得表面温度也较均匀,当过热度大于10 K,微孔阵列喷雾传热性能更优,比上述工况下单喷嘴的热流密度提高16%。强烈冲击的均匀薄液膜是决定喷雾冷却沸腾传热的关键,为进一步强化喷雾冷却沸腾传热提供了可行的方向。

关键词：喷雾冷却沸腾传热强化传热液膜分布

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喷雾冷却表面瞬态热流密度计算方法研究

工程热物理学报 2016年第11期37卷 2452-2456页

作者：周致富徐腾宇赵曦陈斌王国祥西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049 美国Akron大学机械工程系

瞬态喷雾冷却过程中,表面热流密度是衡量表面冷却效果的重要参数。本文以环氧树脂为冷却基体,分别采用直接与间接两种方式测量冷却表面瞬态温度,通过构建新的传递函数,将Green函数法成功拓展至半无限大多层平板导热反问题的热流密度计... 详细信息

瞬态喷雾冷却过程中,表面热流密度是衡量表面冷却效果的重要参数。本文以环氧树脂为冷却基体,分别采用直接与间接两种方式测量冷却表面瞬态温度,通过构建新的传递函数,将Green函数法成功拓展至半无限大多层平板导热反问题的热流密度计算。对比分析了Duhamel定理、顺序函数法(SFSM)与Green函数法在不同测温方法下计算表面瞬态热流密度的有效性与适用性,结果表明,在表面温度直接测量方式下,三种方法均能较准确计算出表面瞬态热流密度。在间接测温方式下,Duhamel法忽略了测点和表面之间材料的散热影响,因此无法准确计算出瞬态表面热流密度,SFSM在温度快速变化阶段计算结果有一定失真,而利用Green函数法求解表面热流密度最为准确。

关键词：喷雾冷却顺序函数法杜哈梅尔方法格林函数法 R404A

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喷雾冷却的瞬态传热特性

Acta Mechanica Sinica 2023年第7期39卷 109-121页

作者：董可为吴笛段俐康琦王佳刘建林王志伟段隆盛 College of Pipeline and Civil Engineering China University of Petroleum(East China)Qingdao266580China Key Laboratory of Microgravity Institute of MechanicsChinese Academy of SciencesBeijing100190China School of Engineering Sciences University of Chinese Academy of SciencesBeijing100049China Beijing System Design Institute of the Electro-Mechanic Engineering Beijing100039China

本文搭建旋流式喷雾冷却实验系统,研究喷雾冷却的随喷雾流态演化的瞬态传热效率.实验观测初始温度为300°C的高热壁面的喷雾冷却过程.冷却工质为水,冷却试件为铝合金方块,面积为20 mm×20 mm.利用5根高精度热电偶测量冷却试件竖直方向均... 详细信息

本文搭建旋流式喷雾冷却实验系统,研究喷雾冷却的随喷雾流态演化的瞬态传热效率.实验观测初始温度为300°C的高热壁面的喷雾冷却过程.冷却工质为水,冷却试件为铝合金方块,面积为20 mm×20 mm.利用5根高精度热电偶测量冷却试件竖直方向均布5个测点的温度变化,并结合有限差分法求解一维非稳态热传导方程,反演获得表面热流曲线.实验通过改变喷雾高度和喷雾流量,得到不同工况下瞬态热流密度的演化曲线.结果表明,喷雾冷却过程可分为4个阶段:***效应阶段(缓慢上升),II.液膜形成阶段(急剧上升),III.沸腾阶段(逐步下降),IV.对流蒸发阶段(趋于平衡).冷却过程由液膜形成阶段(第II阶段)向沸腾阶段(第III阶段)转变时,热流密度达到峰值;与工质压力影响相比,喷雾高度对液膜影响作用更为显著,5 mm喷雾高度下的换热能力要远高于10 mm及15 mm的工况,合适的喷雾高度是促进喷雾冷却散热的重要因素.

关键词：喷雾冷却竖直方向热电偶测量瞬态传热实验观测初始温度演化曲线冷却过程