非平整表面闪蒸喷雾特性研究

发布时间：2020-06-25 13:41

【摘要】：低压环境下的闪蒸喷雾,工质发生剧烈汽化,带走大量热量;而非平整表面通过在表面进行微加工,扩展了表面的传热面积,增加汽化核心,有助于增强换热效果。本文将两种技术结合,旨在强化表面传热性能。本文搭建了低压环境下闪蒸喷雾的可视化实验台,采用去离子水为工质,研究了其经过旋流雾化喷嘴和直流喷嘴至低压环境下的雾束形态。结果显示:当采用旋流雾化喷嘴时,在喷嘴内部工质已经被部分雾化,开启阀门瞬间,液体已经雾化。当采用直喷嘴时,喷雾形态是随时间的渐变过程,喷雾形态经历液柱—破碎—完全雾化的过程。随环境压力降低,工质初始温度升高,喷雾锥角增大。实验研究了常压喷雾和低压喷雾至不同结构表面,其表面温度随时间的变化,分析获得了表面结构、环境压力、工质温度、工质流量对温度变化的影响。结果显示:在常压喷雾和低压喷雾过程中,表面温度变化都经历三个阶段:1)喷雾阶段:表面温度迅速降低;2)汽化阶段:喷雾结束后,表面存留液体继续汽化,温度继续降低;3)温度回升阶段:由于底部持续加热,当表面温度降至最低点后,液体汽化带走的热量小于持续提供的热量,表面温度逐渐上升。以铜为基底,加工了三种表面结构,包括:圆柱结构、方柱结构和烧结表面。通过分析喷雾过程中,表面温度的变化可知:无论是常压喷雾还是低压喷雾过程,三种非平整表面的传热性能均优于光滑铜表面。其中:圆柱表面最优,方柱表面次之。在常压喷雾过程中,工质流量越大、工质初始温度越低,喷雾阶段表面温度下降越快;但对汽化阶段,表面所能达到的最低温度影响较小。在低压喷雾过程中,环境压力越低,喷雾阶段表面温度下降越快,表面所能达到的最低温度也越低。而工质初始温度对表面温度变化影响较小。实验测量了喷雾在喷嘴出口轴线不同位置处的温度,并针对低压环境下单个运动液滴蒸发过程的温度变化建立了数学模型,采用Matlab软件计算了液滴温度随喷射距离的变化。将计算结果与实验结果对比,二者较为接近。继而分析了环境压力、工质初始温度对液滴温度、尺寸变化的影响。结果显示:环境压力越低,液滴蒸发越快,直径减小越快,温度下降也越快。液滴初始温度越高,在喷嘴出口处液滴蒸发越快,直径减小也越快,温度下降越快。喷射进行一定距离后,液滴初始温度的影响逐渐减弱。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK124
【图文】：

第 1 章 绪论研究背景及意义发生闪蒸现象是由于液体自身温度高于所处环境压力下对体由液态转变为气态，带走大量热量。利用液体闪蒸的这却广泛被用于各行各业中。科技的发展，电子产品功能越来越强大，体积越来越小，然题已经成为影响该领域高速发展的制约因素。芯片的微型化大量的热量，局部热流密度达到 100W/cm2-1000 W/cm2 [1]，高 10 ℃，其寿命就会缩短 50%[2]。如图 1-1 传统的冷却方散热需求。闪蒸喷雾冷却过程中存在着相变，传热系数较高工质流量较小，可以满足当下芯片高速发展的需求。

图 2-2 实验系统照片系统浴国 Wiggens 生产的加热制冷循环浴槽，型号 9WT1002，-20 ℃~80 ℃，精度±0.05 ℃，额定电压 230 V，采用槽工作时，工质必须在警戒水位以上避免烧毁机器，在实排放并进行干燥处理，防止仪器锈蚀。用的微泵是美国 IDEX 公司生产的 Micrpump，型号 GJR VDC，由直流稳压电源提供，驱动微泵转动；控制微泵，在该区间改变输入电压即可控制微泵转速，从而控制提许工质通过的温度范围-40 ℃~85 ℃，微泵转速 500rpm0 ml/min~5000 ml/min。由美国McMillan公司生产的FLO-SENSORS104-7-E型涡

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本文编号：2729222