喷雾冷却系统换热性能研究

发布时间：2017-10-29 18:22

  本文关键词：喷雾冷却系统换热性能研究

  更多相关文章： 喷雾冷却 表面温度 换热系数 润滑油 Al_2O_3-水纳米流体

【摘要】：随着工业技术的发展,散热问题严重制约了微电子、航天航空、激光设备、金属加工等领域的发展。喷雾冷却技术被认为是解决高功率高热流散热问题的最有效途径之一。本文建立了喷雾冷却系统,研究了喷雾冷却系统的影响因素,以及润滑油对喷雾冷却系统性能的影响,还建立了开式喷雾冷却系统研究了Al_2O_3-水基纳米流体喷雾冷却系统的换热性能。在以R134a为工作介质的闭式喷雾冷却系统中,在热流密度和过冷度保持不变的条件下,系统存在一个临界质量流量值,在质量流量达到临界值之前,热源表面温度随质量流量的增大而降低,当质量流量高于临界值时,热源表面温度随质量流量的增大而升高;当质量流量和过冷度保持不变时,存在一个热流密度使液滴的蒸发量等于补充量,在此热流密度下换热系数能达到最大;当热流密度和流量保持不变时,改变过冷度对热源表面温度和换热系数的影响并不明显。润滑油对喷雾冷却系统性能影响很明显,当热流密度为29.8 W/cm2,工质流量为2.0 kg/h,进口温度保持不变时,润滑油浓度从0.00%增大到5.99%的过程中,换热系数从18400 W/(m2×°C)降低到7200 W/(m2×°C);当热流密度、进口温度保持不变时,含油率为3.26%时,随着流量的增大,换热系数先增大,然后降低,随后又有所增大;另外,在流量和进口温度保持不变的情况下,热流密度的增大有利于提高系统的换热系数。为了研究纳米材料对喷雾冷却系统性能的影响,本文建立了开式喷雾冷却系统,以Al_2O_3-水纳米流体作为冷却液。当热流密度为17.3 W/cm2,体积流量为80ml/min,工质进口温度为19°C时,以纯水作为工质时热源表面温度为37.2°C;以质量分数为0.02%Al_2O_3-水纳米流体作为冷却液时,热源表面温度为30.3°C;以质量分数为0.1%的纳米水溶液作为工质时,热源表面温度为38.8°C。结果表明在喷雾冷却系统中Al_2O_3质量分数低于0.05%时可以明显地强化了换热,纳米浓度高于0.1%时阻碍了换热。
【关键词】：喷雾冷却 表面温度 换热系数 润滑油 Al_2O_3-水纳米流体
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-8
• 主要符号表8-12
• 1. 绪论12-25
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 散热技术概述13-17
• 1.2.1 热管散热技术13-14
• 1.2.2 微通道冷却技术14-15
• 1.2.3 射流冷却技术15
• 1.2.4 喷雾冷却技术15-16
• 1.2.5 散热技术性能对比16-17
• 1.3 喷雾冷却技术研究现状17-24
• 1.3.1 液滴喷射研究18-20
• 1.3.2 喷雾冷却换热机理研究20-21
• 1.3.3 喷雾冷却影响因素21-22
• 1.3.4 润滑油对换热的影响22-23
• 1.3.5 纳米流体对换热的影响23-24
• 1.4 课题研究意义及本文主要工作内容24-25
• 1.4.1 课题研究意义24
• 1.4.2 本文主要工作24-25
• 2. R134A喷雾冷却系统换热性能研究25-42
• 2.1 实验装置与实验方案25-31
• 2.1.1 试验台描述25-26
• 2.1.2 主要实验器材26-29
• 2.1.3 冷却工质的选择29-30
• 2.1.4 实验方案30-31
• 2.2 实验数据处理及误差分析31-33
• 2.2.1 数据处理31-32
• 2.2.2 误差分析32-33
• 2.3 实验结果与分析33-37
• 2.3.1 质量流量对换热性能的影响33-34
• 2.3.2 热流密度对换热性能的影响34-36
• 2.3.3 过冷度对换热的影响36-37
• 2.3.4 蒸发压力对热性能的影响37
• 2.4 喷雾冷却换热数学模型37-40
• 2.5 本章小结40-42
• 3. 润滑油对喷雾冷却性能的影响研究42-53
• 3.1 实验系统43-45
• 3.1.1 实验装置43
• 3.1.2 润滑油的选择43-44
• 3.1.3 润滑油的添加方法44-45
• 3.2 实验方案与步骤45-46
• 3.2.1 实验方案45
• 3.2.2 实验步骤45-46
• 3.3 实验结果与分析46-51
• 3.3.1 含油率对换热性能的影响46-47
• 3.3.2 不同流量下润滑油对换热性能的影响47-50
• 3.3.3 不同热流密度下润滑油对换热性能的影响50-51
• 3.4 本章小结51-53
• 4. AL2O3-水基纳米流体喷雾冷却性能研究53-62
• 4.1 实验系统53-54
• 4.1.1 试验台描述53
• 4.1.2 Al_2O_3-水基纳米流体配置53-54
• 4.2 实验方案与步骤54-55
• 4.2.1 实验方案54-55
• 4.2.2 实验步骤55
• 4.3 实验结果与分析55-60
• 4.3.1 Al_2O_3质量分数对换热性能的影响55-57
• 4.3.2 流量对Al_2O_3-水基纳米流体换热的影响57-58
• 4.3.3 热流密度对Al_2O_3-水基纳米流体换热的影响58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5. 总结与展望62-65
• 5.1 总结62-63
• 5.2 本文创新点63
• 5.3 展望63-65
• 参考文献65-70
• 附录:攻读硕士学位期间的研究成果70-71
• 致谢71-72

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本文编号：1114147