【摘要】：隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,電子元器件尤其機(jī)載電子及武器系統(tǒng)等越來(lái)越向著集成化、模塊化的方向發(fā)展,導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱功率不斷升高,因此如何高效、可靠地解決高熱流密度電子設(shè)備的快速散熱問(wèn)題具有重要意義。相比于傳統(tǒng)冷卻方式,噴霧冷卻技術(shù)具有傳熱溫差小、表面溫度均勻性好、冷卻介質(zhì)需求量少等優(yōu)點(diǎn),在高熱流密度設(shè)備散熱領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景,對(duì)其強(qiáng)化換熱技術(shù)的研究是當(dāng)前噴霧冷卻研究的熱點(diǎn)之一。本文通過(guò)搭建開(kāi)式噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)臺(tái),研究微槽道強(qiáng)化表面結(jié)構(gòu)參數(shù)、微槽道表面相對(duì)位置、低壓環(huán)境、添加劑類型等因素對(duì)噴霧冷卻換熱性能的影響,為噴霧冷卻系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)和理論支撐。具體工作如下:(1)微槽道強(qiáng)化表面結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴霧冷卻強(qiáng)化換熱的影響在體積流量0.15L/min-1.25L/min范圍內(nèi),通過(guò)對(duì)微槽道表面寬度、深度等結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化研究,獲得了噴霧流量與最佳換熱表面的對(duì)應(yīng)關(guān)系,并基于微槽表面霧滴受力和液膜流動(dòng)狀況的分析,揭示了槽道表面優(yōu)化換熱的具體原因,在此基礎(chǔ)上研究槽道表面相對(duì)位置對(duì)換熱的影響,為噴霧冷卻裝置布局研究做了一定的探索工作。(2)低壓環(huán)境對(duì)噴霧冷卻強(qiáng)化換熱的影響機(jī)載環(huán)境是典型的低壓環(huán)境,受低氣壓的影響,工質(zhì)沸點(diǎn)會(huì)隨之改變,為了更好地研究機(jī)載環(huán)境下的噴霧冷卻特性,開(kāi)展噴霧腔環(huán)境壓力分別為25kPa、35kPa、45kPa、55kPa、65kPa、75kPa下的換熱性能研究,得到了不同壓力與表面換熱系數(shù)的變化關(guān)系。結(jié)果表明,由于低壓環(huán)境下,工質(zhì)飽和溫度降低,噴霧冷卻更容易進(jìn)入兩相區(qū),沸騰換熱的作用凸顯,從而使得整體換熱能力增加。(3)添加劑類型對(duì)噴霧冷卻強(qiáng)化換熱的影響添加劑會(huì)對(duì)工質(zhì)的粘度、表面張力、沸點(diǎn)等物性產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響噴霧冷卻特性,為此分別以Nacl鹽溶液、Cacl_2鹽溶液、乙醇溶液和Al_2O_3納米流體為工質(zhì),開(kāi)展了不同溶液濃度下的噴霧特性實(shí)驗(yàn)研究,獲得不同添加劑種類、濃度下的噴霧性能。實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)于鹽溶液在熱源加熱功率為700W時(shí),氯化鈉與氯化鈣在質(zhì)量濃度分別為1%和1.5%時(shí)強(qiáng)化換熱效果最好,并從Re、Pr和We隨鹽溶液的濃度變化規(guī)律方面分析了換熱機(jī)理;當(dāng)熱源加熱功率超過(guò)1000W時(shí),由于鹽分析出附著于表面導(dǎo)致熱阻增大,隨著鹽溶液濃度增加換熱系數(shù)將持續(xù)降低。對(duì)于乙醇溶液,噴霧冷卻的換熱能力隨著溶液濃度增加先提升后減小,沸點(diǎn)降低與We變化對(duì)換熱的共同影響是造成該現(xiàn)象的主要原因。對(duì)于氧化鋁納米流體,濃度為0.04%時(shí)噴霧冷卻換熱效果最優(yōu),分析了原因在于氧化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)比水大,而且納米粒子受到布朗力作用,促進(jìn)熱量傳遞。(4)噴霧冷卻無(wú)量綱關(guān)聯(lián)式分析針對(duì)光滑表面提出了影響噴霧冷卻性能的Re、Pr、We、蒸發(fā)強(qiáng)度ζ4個(gè)無(wú)量綱數(shù),計(jì)算得到精度在10%以內(nèi),且適用于水、鹽類、乙醇及納米流體為噴霧工質(zhì)時(shí)的Nu無(wú)量綱關(guān)聯(lián)式;在光滑表面關(guān)聯(lián)式的基礎(chǔ)上繼續(xù)添加表征表面結(jié)構(gòu)參數(shù)的無(wú)量綱數(shù)β和Bo修正公式,獲得了精度達(dá)到9%以內(nèi)的微槽表面的無(wú)量綱關(guān)聯(lián)式,相比現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式,更適合反映包含微槽表面的噴霧冷卻傳熱特性。(5)噴霧冷卻的數(shù)值模擬為了更好地理解和揭示噴霧冷卻換熱機(jī)理,借助FLUENT軟件中的VOF模塊,對(duì)噴霧冷卻過(guò)程中的液滴-壁面/薄液膜間相互作用進(jìn)行建模和數(shù)值分析。結(jié)果表明:液滴速度和液滴直徑對(duì)換熱影響顯著,隨著液滴速度的增加和液滴直徑的減小,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)顯著增加,液膜厚度與換熱系數(shù)大小正反比。
【圖文】：

斷進(jìn)步電子元器件尤其是機(jī)載設(shè)備上面的電子器件越來(lái)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱功率不斷升高；甚至關(guān)鍵元器件每平方厘，器件失效的概率大大增加[1-2]。然而電子系統(tǒng)中微小器的瓶頸[3-4]，因此如何高效、可靠地解決高熱流密度器件。與傳統(tǒng)冷卻方式相比，噴霧冷卻技術(shù)具有被冷卻表面[5]，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空電子設(shè)備、脈沖式現(xiàn)代武器、。卻換熱能力研究方面，從二十世紀(jì)五十年代初開(kāi)始國(guó)內(nèi)進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)及理論研究[8]，而且目前依然是研以水及常用制冷劑為冷卻工質(zhì)的開(kāi)式噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)臺(tái)，參數(shù)以及冷卻介質(zhì)添加劑類型對(duì)噴霧冷卻換熱能力的影關(guān)聯(lián)式的分析研究；最后使用數(shù)值模擬方式對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行公式上取得突破，為噴霧冷卻的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)參量與理對(duì)比

100-300 面 500 冷卻方式為強(qiáng)制風(fēng)冷和強(qiáng)制水冷兩種；強(qiáng)將熱量帶走，而強(qiáng)制水冷，工質(zhì)換成冷卻上，但它會(huì)增加作為動(dòng)力的循環(huán)泵的能小于 1W/cm2時(shí)強(qiáng)制風(fēng)冷降溫技術(shù)可以使術(shù)效果較好，但是采用此種換熱方式能著功率不斷提高，該種方式的散熱越來(lái)越來(lái)解決熱流密度積聚問(wèn)題。率設(shè)備冷卻的需求，高效換熱技術(shù)逐漸括微通道冷卻、射流沖擊冷卻和噴霧冷卻分析這三種高效冷卻技術(shù)優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)：早是由 Tuckerman 和 Pease[12]在 1981 年對(duì)換熱設(shè)備的尺寸和重量有一些特殊要
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB611

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 錢(qián)春潮;徐洪波;邵雙全;田長(zhǎng)青;周光輝;;R134a噴霧冷卻系統(tǒng)換熱性能研究[J];制冷學(xué)報(bào);2015年04期

2 崔松亮;王巖巖;;淺談氯化鈣溶液作為載冷劑在七水硫酸鎂生產(chǎn)中的應(yīng)用[J];天津化工;2014年01期

3 蔣昌波;鄧斌;湯寒松;隆院男;;液滴自由下落與液面沖擊過(guò)程的三維數(shù)值模擬[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2013年06期

4 劉炅輝;孫皖;劉秀芳;侯予;;噴霧腔壓力及噴嘴孔徑對(duì)相變噴霧冷卻性能的影響[J];強(qiáng)激光與粒子束;2013年10期

5 鐘澤民;劉妮;黃千衛(wèi);余宏毅;由龍濤;;噴霧冷卻技術(shù)及其在電子冷卻領(lǐng)域的應(yīng)用[J];電子元件與材料;2013年10期

6 張偉;王照亮;徐明海;;閉式循環(huán)噴霧冷卻蒸發(fā)換熱特性試驗(yàn)研究[J];流體機(jī)械;2012年11期

7 王宏;余勇勝;廖強(qiáng);楊寶海;楊強(qiáng);丁玉棟;朱恂;;氮?dú)廨o助霧化氨噴霧相變冷卻換熱特性[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2012年10期

8 肖波齊;范金土;蔣國(guó)平;陳玲霞;;納米流體對(duì)流換熱機(jī)理分析[J];物理學(xué)報(bào);2012年15期

9 陳蓉;王宏;余勇勝;周勁;朱恂;廖強(qiáng);楊寶海;;氨噴霧相變冷卻換熱面溫度分布特性[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

10 梁剛濤;沈勝?gòu)?qiáng);楊勇;;單液滴撞擊平面液膜飛濺過(guò)程的CLSVOF模擬[J];熱科學(xué)與技術(shù);2012年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王瑜;機(jī)載閉式噴霧冷卻系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)及特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 羅佳;乙醇與水混合溶液噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2017年

2 婁佳亮;低壓環(huán)境中的噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)測(cè)量與理論研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 周龍玉;液滴碰撞實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

4 宋威;電子器件風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的流動(dòng)與傳熱性能研究[D];華中科技大學(xué);2011年

5 孫少鵬;高熱流密度電子元件噴霧相變冷卻系統(tǒng)的研究[D];重慶大學(xué);2010年

6 耿曉晨;噴霧冷卻液膜仿真分析及其換熱性能研究[D];西安電子科技大學(xué);2010年

，

本文編號(hào)：2634598