【摘要】：低壓環(huán)境下的閃蒸噴霧,工質(zhì)發(fā)生劇烈汽化,帶走大量熱量;而非平整表面通過在表面進(jìn)行微加工,擴(kuò)展了表面的傳熱面積,增加汽化核心,有助于增強(qiáng)換熱效果。本文將兩種技術(shù)結(jié)合,旨在強(qiáng)化表面?zhèn)鳠嵝阅�。本文搭建了低壓環(huán)境下閃蒸噴霧的可視化實(shí)驗(yàn)臺(tái),采用去離子水為工質(zhì),研究了其經(jīng)過旋流霧化噴嘴和直流噴嘴至低壓環(huán)境下的霧束形態(tài)。結(jié)果顯示:當(dāng)采用旋流霧化噴嘴時(shí),在噴嘴內(nèi)部工質(zhì)已經(jīng)被部分霧化,開啟閥門瞬間,液體已經(jīng)霧化。當(dāng)采用直噴嘴時(shí),噴霧形態(tài)是隨時(shí)間的漸變過程,噴霧形態(tài)經(jīng)歷液柱—破碎—完全霧化的過程。隨環(huán)境壓力降低,工質(zhì)初始溫度升高,噴霧錐角增大。實(shí)驗(yàn)研究了常壓噴霧和低壓噴霧至不同結(jié)構(gòu)表面,其表面溫度隨時(shí)間的變化,分析獲得了表面結(jié)構(gòu)、環(huán)境壓力、工質(zhì)溫度、工質(zhì)流量對(duì)溫度變化的影響。結(jié)果顯示:在常壓噴霧和低壓噴霧過程中,表面溫度變化都經(jīng)歷三個(gè)階段:1)噴霧階段:表面溫度迅速降低;2)汽化階段:噴霧結(jié)束后,表面存留液體繼續(xù)汽化,溫度繼續(xù)降低;3)溫度回升階段:由于底部持續(xù)加熱,當(dāng)表面溫度降至最低點(diǎn)后,液體汽化帶走的熱量小于持續(xù)提供的熱量,表面溫度逐漸上升。以銅為基底,加工了三種表面結(jié)構(gòu),包括:圓柱結(jié)構(gòu)、方柱結(jié)構(gòu)和燒結(jié)表面。通過分析噴霧過程中,表面溫度的變化可知:無(wú)論是常壓噴霧還是低壓噴霧過程,三種非平整表面的傳熱性能均優(yōu)于光滑銅表面。其中:圓柱表面最優(yōu),方柱表面次之。在常壓噴霧過程中,工質(zhì)流量越大、工質(zhì)初始溫度越低,噴霧階段表面溫度下降越快;但對(duì)汽化階段,表面所能達(dá)到的最低溫度影響較小。在低壓噴霧過程中,環(huán)境壓力越低,噴霧階段表面溫度下降越快,表面所能達(dá)到的最低溫度也越低。而工質(zhì)初始溫度對(duì)表面溫度變化影響較小。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了噴霧在噴嘴出口軸線不同位置處的溫度,并針對(duì)低壓環(huán)境下單個(gè)運(yùn)動(dòng)液滴蒸發(fā)過程的溫度變化建立了數(shù)學(xué)模型,采用Matlab軟件計(jì)算了液滴溫度隨噴射距離的變化。將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,二者較為接近。繼而分析了環(huán)境壓力、工質(zhì)初始溫度對(duì)液滴溫度、尺寸變化的影響。結(jié)果顯示:環(huán)境壓力越低,液滴蒸發(fā)越快,直徑減小越快,溫度下降也越快。液滴初始溫度越高,在噴嘴出口處液滴蒸發(fā)越快,直徑減小也越快,溫度下降越快。噴射進(jìn)行一定距離后,液滴初始溫度的影響逐漸減弱。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK124
【圖文】：

第 1 章 緒論研究背景及意義發(fā)生閃蒸現(xiàn)象是由于液體自身溫度高于所處環(huán)境壓力下對(duì)體由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，帶走大量熱量。利用液體閃蒸的這卻廣泛被用于各行各業(yè)中�？萍嫉陌l(fā)展，電子產(chǎn)品功能越來越強(qiáng)大，體積越來越小，然題已經(jīng)成為影響該領(lǐng)域高速發(fā)展的制約因素。芯片的微型化大量的熱量，局部熱流密度達(dá)到 100W/cm2-1000 W/cm2 [1]，高 10 ℃，其壽命就會(huì)縮短 50%[2]。如圖 1-1 傳統(tǒng)的冷卻方散熱需求。閃蒸噴霧冷卻過程中存在著相變，傳熱系數(shù)較高工質(zhì)流量較小，可以滿足當(dāng)下芯片高速發(fā)展的需求。

圖 2-2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)照片系統(tǒng)浴國(guó) Wiggens 生產(chǎn)的加熱制冷循環(huán)浴槽，型號(hào) 9WT1002，-20 ℃~80 ℃，精度±0.05 ℃，額定電壓 230 V，采用槽工作時(shí)，工質(zhì)必須在警戒水位以上避免燒毀機(jī)器，在實(shí)排放并進(jìn)行干燥處理，防止儀器銹蝕。用的微泵是美國(guó) IDEX 公司生產(chǎn)的 Micrpump，型號(hào) GJR VDC，由直流穩(wěn)壓電源提供，驅(qū)動(dòng)微泵轉(zhuǎn)動(dòng)；控制微泵，在該區(qū)間改變輸入電壓即可控制微泵轉(zhuǎn)速，從而控制提許工質(zhì)通過的溫度范圍-40 ℃~85 ℃，微泵轉(zhuǎn)速 500rpm0 ml/min~5000 ml/min。由美國(guó)McMillan公司生產(chǎn)的FLO-SENSORS104-7-E型渦

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