热表面脉冲式喷雾冷却的实验研究

摘要

喷雾冷却时，液膜厚度过大和蒸汽与液滴的逆向运动都会影响沸腾的换热效果。针对这一问题，本文提出一种新的解决方案——脉冲式喷雾冷却。首先从沸腾传热的理论基础出发，阐述了核态沸腾的传热机理，重点介绍了汽泡动力学方面的理论。在这个基础上提出喷雾冷却的传热机理，为脉冲式喷雾冷却的可行性提供理论依据。针对提出的可能方案，设计一套实验系统，尝试用实验寻找脉冲喷雾提高换热效果的规律。实验中通过控制脉宽和占空比调节表面的液膜厚度，寻找适当的值，使换热效果得到提高。实验用带锥度的铜棒实现高热流密度加热表面。脉冲的控制和调节由电控喷嘴和一块集成电路板来实现。实验结果显示在压力为0.5MPa，喷头距加热铜表面60mm，喷雾周期为50ms的工况下，换热系数随着占空比里抛物线趋势分布。并且实验测到的最高值在占空比0.67时，比连续喷雾冷却提高了4％。将压力下降到0.46 MPa、占空比为0.65时，脉冲喷雾冷却比连续喷雾，换热系数提高了10％，效果非常地明显。分析其原因，认为造成这一结果主要是由于停喷期间液膜变薄。其后果是热阻减小，汽泡脱离壁面到达液膜表面破裂、蒸汽逸离的时间变短，使得液膜内的扰动加剧，以及更多的汽泡在没有达到脱离直径时，顶端已经达到液膜表面并破裂，蒸汽逸离。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景

1.2喷雾技术在各个领域中的应用

1.2.1喷雾冷却在钢铁工业上的应用

1.2.2喷雾冷却在机械加工上的应用

1.2.3喷雾冷却在微电子装置上的应用

1.3喷雾冷却机理的发展与现状

1.3.1发展与现状

1.3.2研究中存在的问题

1.4本文的工作

1.5本章小结

第二章 喷雾冷却的传热机理

2.1沸腾传热的基本原理

2.1.1汽化核心分析

2.1.2汽泡动力学

2.2池沸腾传热

2.2.1影响池沸腾的因素

2.2.2核态沸腾的传热

2.3喷雾沸腾冷却传热机理

2.4本章小结

第三章 实验装置和实验方法

3.1加热装置

3.1.1铜柱

3.1.2加热器

3.1.3保温和密封措施

3.1.4温控装置

3.2喷射与管路部分

3.3脉冲控制部分

3.4数据采集系统

3.5实验步骤

3.6本章小结

第四章 实验结果和分析

4.1对实验数据的处理

4.2实验结果

4.3结果分析

4.4实验误差分析

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2未来工作展望

参考文献

致谢

附录