喷雾冷却液膜仿真分析及其换热性能研究

摘要

本文以经典流体力学中的自由射流湍流理论和作者提出的描述喷雾流体流动状态的两条假设为基础，用量纲分析法建立速度分布函数描述喷雾流体的速度分布。用常数变易法求解得到的一阶线性非齐次微分方程，得到了喷雾流体速度分布函数。用该函数对喷雾流体的速度分布进行了分析，将分析得到的结论同其它学者通过试验得出的结论进行了对比，结果表明本文得到的喷雾流体速度分布函数和实际情况符合的较好。
　　 在得到描述喷雾流场的喷雾流体速度分布函数后，结合喷雾流体速度分布函数应用流体力学质量守恒定律和动量守恒定律，通过设定喷雾系统中喷嘴出口速度、喷雾高度、热源面积，计算了喷雾形成的液膜在热源表面上的速度分布和厚度分布情况，结论表明在热源中心处存在一个直径约为5mm的区域，此区域内的液膜厚度比热源表面其它部分的液膜厚度大很多，即此区域内存在液膜凸起，凸起处液膜的流动状态和换热性能都较差。
　　 建立液膜的强制对流传热模型，并在前面得到的液膜厚度和速度分布函数的基础上，仿真计算液膜的换热热流密度。结果表明热源中心的液膜突起处的换热热流密度最小，越靠近边缘处的液膜的换热热流密度越高，热源边缘处的热流密度的数量级可达106W/m2。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2电子器件冷却的研究现状

1.3喷雾冷却技术

1.3.1液体雾化技术

1.3.2喷雾冷却临界热流密度的研究

1.3.3喷雾特性对换热的影响

1.3.4喷雾形成的液膜的汽化对喷雾冷却的影响

1.4本课题的研究目的和意义

1.5本文主要内容简介

第二章喷雾区流动特性建模仿真

2.1π定理和量纲分析原理

2.1.1π定理

2.1.2量纲分析法

2.2本课题中问题的描述

2.2.1喷雾流动区域的划分

2.2.2喷雾卷吸作用

2.3问题的假设

2.4数学模型的建立

2.5速度分布函数的仿真分析

2.6本章小结

第三章喷雾冷却液膜参数的求解仿真

3.1流体动力学基本方程

3.2喷雾流体质量分布模型

3.3液膜流动质量守恒定律

3.4液膜流动动量守恒定律

3.5对液膜厚度和速度分布函数的仿真分析

3.5.1喷雾系统参数的确定及液膜厚度和速度分布函数的处理

3.5.2数值积分和MATLAB数值积分应用简介

3.5.3用MATLAB软件仿真计算液膜厚度和速度分布函数

3.6本章小结

第四章喷雾系统的换热模型

4.1热源表面液膜强制对流换热模型

4.1.1牛顿冷却定律

4.1.2 Nusselt Number

4.1.3对流传热经验公式

4.1.4热源表面对流换热功率计算方法

4.2换热功率函数的MATLAB仿真求解

4.3本章小结

第五章总结展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献