喷雾冷却实验装置研制及多孔泡沫冷却特性研究

发布时间：2020-03-22 01:13

【摘要】：随着电子仪器设备的集成化和微型化迅猛发展,仪器设备热环境控制问题变得尤为重要,如何有效合理的利用具有高热流密度冷却能力和严格温度控制能力的喷雾冷却技术已成为近年来国内外相关学者的研究重点。本文以高热流密度电子仪器设备的强化散热特性为研究对象,采用多孔泡沫材料强化散热技术与喷雾冷却技术相结合的方法,通过理论分析和实验测量研究影响强化散热效果的关键因素,并对热环境进行综合评估。本文开展的主要工作如下:1.进行喷雾冷却实验台系统方案设计,分别对加热系统、喷雾系统和数据测量系统的关键部件进行调研选型和设计加工,搭建以水为工质的高发热功率喷雾冷却实验台。对具有高导热性、低密度的多孔泡沫金属和具有亲水性和毛细吸水作用的多孔泡沫材料进行调研和选材,并对实验台进行前期调试和改进。2.在分析实验台测量误差的前提下,实验研究一定速度的氮气携带水雾滴冲击金属铜加热表面的散热特性,探究不同强化传热条件下输入热流密度、液体流量和气体流量对于换热效果的影响。基于上述结果,认为在低输入热流密度(一般低于50W/cm~2)时,液体流量越大,表面温度越低,当液体流量为1L/h时能获得最大的表面换热系数,但对表面温度的控制效果一般。3.对于高功率喷雾冷却实验过程难以达到稳态的问题,利用编写Fortran语言计算程序,模拟实验台加热柱一维非稳态导热过程,获得加热柱内部温度场和喷雾面等效对流换热系数。实验发现,在高输入热流密度(一般高于50W/cm~2)时,采用较大的液体流量能获得更好的冷却效果;考察气体流量的影响,认为在液体流量一定的情况下,气体流量越大,雾滴破碎更加充分,换热表面温度更低且能够获得更好的综合换热效果。4.实验研究一定速度的氮气携带水雾滴冲击覆盖多孔泡沫材料的加热表面的散热特性,对比不同孔隙密度、材料厚度和孔隙率对冷却效果的影响。研究发现泡沫材料孔隙密度越小,换热表面温度越低且表面综合换热系数越高,且在使用厚度为3mm,孔隙率为0.9的泡沫材料时获得了最佳的换热效果。
【图文】：

-2-图 1-1 不同冷却方式对比图[13]高热流密度下的电子仪器设备的热控制问题，以微通道液冷、射为代表的利用相变冷却的散热方式逐渐得到了广泛应用。以上对比如表 1-1 所示，示意图如图 1-2 所示。

(a) 微通道液冷 (b) 射流冲击 (c) 喷雾冷却图 1-2 典型冷却方式示意图微通道一般是指水力直径在 1000 微米以下的管道或通道，微通道液冷方式设备紧凑，系统体积小，，但压力损失较大；冲击射流冷却与喷雾冷却原理相似，区别
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK124;TN03

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本文编号：2594225