开式通道内液氮喷雾的降温特性

发布时间：2021-04-04 03:01

　　为了研究液氮喷雾参数对环境模拟空间温度分布的影响,首先搭建了由液氮喷雾系统和低温测试系统构成的开式通道液氮喷雾冷却实验系统,利用CFD软件针对开式空气回路系统中实验段建立了三维液氮喷雾数值模型,采用欧拉-拉格朗日方法进行液氮喷雾模拟研究,最后进行了实验验证,分析了喷雾质量流量、粒径、喷嘴数量和气流速度对液氮喷雾蒸发和空间温度分布的影响。研究结果表明:随着液氮喷雾液滴直径的减小,液氮与环境气流的换热面积增加,换热效率提高,降温效果改善;当液氮喷雾质量流量增加时,单位时间内喷入空间的液氮量越多,蒸发率越大,冷却效果越好,空间及出口截面的温降越大,但降温速率的增加趋缓;随着喷嘴数量的增加,液氮蒸发量和蒸发率增加,降温效果改善,出口截面温降增加,但出口截面温度分布均匀性会受到喷嘴布置位置的影响;当喷嘴数量增加到一定程度时,液氮的蒸发和降温几乎不受影响;随气流速度增大,液氮的蒸发量和蒸发率逐渐减小,出口截面的平均温度较高。为了增强液氮的蒸发量并强化空间的降温效果,可增加液氮喷雾流量、减小喷雾粒径和气流速度,以及适当增加喷嘴数量,同时需考虑多喷嘴的布置位置。 

【文章来源】：西安交通大学学报. 2020,54(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

液氮喷雾冷却实验台流程图和雾场照片

液氮喷雾冷却实验台流程图和雾场照片

在开式通道空气液氮实验的基础上，建立了尺寸为300mm×300mm×1 600mm的三维计算模型，如图2a所示。喷嘴设置在Z=40mm的XY截面中心，喷射方向和气流方向平行。左端面的入口和右端面的出口分别设置为速度入口和压力出口，入口的平均速度和温度边界条件均设置为实验中测量的定值。长方体其余的4个面设为壁面，其传热边界条件同时考虑对流换热和辐射换热，对流换热系数取5 W/（m2·K），发射率取0.2。进一步对所建立的计算模型进行结构化网格的划分，计算了3种网格密度（158 565、316 368、626 661）下出口截面的平均温度，网格无关性验证如图2b所示。综合考虑计算精度与时间，最终采用的网格数量为316 368。选取3组工况（质量流量分别为0.005、0.006 1、0.007 1kg/s），气流速度均为1.34 m/s，将温降的计算值与实验值进行对比，结果见表1。可以看出，在质量流量为0.007 1kg/s时，温降的实验值与计算值的相对误差最大，为10.7%，可见本文建立的三维模型可对液氮喷雾冷却性能进行准确预测。

【参考文献】：
期刊论文
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[4]低温风洞新形式——换热引射式低温风洞[J]. 廖达雄,刘晓波.  实验流体力学. 2009(03)

硕士论文
[1]崇明隧道运营累积温升及喷雾降温可行性研究[D]. 王小芝.同济大学 2007



本文编号：3117607