机载喷雾冷却特性的实验研究与数值模拟

摘要

随着机载电子设备性能的不断提高，高热流密度环境下的冷却散热问题显得尤为突出。对于机载激光武器，在满足快速散热的基础上，还应考虑换热表面温度的均匀性。喷雾冷却作为一种新型高效换热技术，具有热阻低、传热温差小、表面温度均匀性好、单位质量工质换热量大等优点，是机载高热流密度环境下最具前景的冷却方式之一。本文针对机载激光武器和大功率电子设备的冷却问题，设计并构建了高热流密度环境下的喷雾冷却实验系统，通过实验和数值模拟的方法对喷雾冷却特性进行了研究分析，主要内容包括：
　　(1)搭建了喷雾冷却实验台，分别研究了喷嘴高度、喷雾流量、换热表面结构以及工质添加剂对喷雾冷却特性的影响，分析了上述因素对换热性能的影响规律，对喷雾冷却技术应用于机载电子设备散热具有一定的指导意义。
　　(2)基于单喷嘴实验工况，利用数值模拟的方法分别研究了喷嘴高度、喷雾流量、重力加速度对喷雾流动特性的影响，获得了不同工况下液滴粒径、液膜生成率、液膜高度及流动速度分布的变化规律，为进一步改善喷雾流动特性指明了优化方向。
　　(3)利用数值模拟方法比较了单喷嘴与双喷嘴情况下的喷雾流动特性，计算结果表明，采用双喷嘴喷雾冷却时液滴粒径小，且液膜高度与流动速度分布均匀，同时分析了喷嘴间距对液膜流动特性的影响，为开展双喷嘴实验研究提供指导。

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注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 几种高效换热技术

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 喷雾冷却实验系统设计

2.1 实验装置

2.2 实验方法

2.3 本章小结

第三章 喷雾冷却特性与影响因素研究

3.1 喷嘴压力与流量的变化关系

3.2 喷嘴高度对换热特性的影响

3.3 喷雾流量对换热特性的影响

3.4 换热表面结构对换热特性的影响

3.5 工质添加剂对换热特性的影响

3.6 本章小结

第四章 喷雾冷却数值模拟研究

4.1 物理模型

4.2 数值模型

4.3 边界条件的设定

4.4 模拟结果分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文