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封闭系喷雾冷却热质传递规律实验研究

作　者: 赵欣
导　师: 王照亮
学　校: 中国石油大学
专　业: 动力工程与工程热物理
关键词: 封闭式喷雾冷却系统冷却能力曲线启动性能光滑加热面微槽加热面
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

喷雾冷却技术是一种相变换热冷却技术,通过喷嘴或孔板将冷却工质(水,无水乙醇等)雾化成具有一定初速度的微米级的小液滴,小液滴冲击待冷却表面,通过强制对流、表面蒸发、液膜内核化沸腾以及二次成核等可能机理强化传热,达到冷却的效果。本文以封闭式的喷雾冷却实验系统为研究对象,分别针对光滑待冷却表面和微槽待冷却表面进行了以下研究:(1)开放、封闭系统的实验研究分别在开放式和封闭式实验系统中,利用加热棒对铜柱(紫铜)进行加热,以蒸馏水为冷却工质通过微细雾化喷嘴对光滑金属表面进行冷却,研究该实验状况下喷雾冷却的冷却能力曲线和系统启动性能,并对开放式和封闭式的实验结果进行对比分析。(2)变工质状况下的喷雾冷却实验研究在封闭式实验系统中,以无水乙醇为工质,对光滑表面进行冷却,研究该状况下的冷却能力曲线和启动性能。并研究蒸馏水和无水乙醇按一定比例混合后的混合工质对喷雾冷却性能的影响。同时,在封闭式实验系统中,以无水乙醇为工质,改变循环水流量,观察对喷雾系统冷却能力和启动性能的影响。(3)变加热表面(微槽加热面)的实验研究更换加热面,将光滑加热面改为微槽加热面,以无水乙醇为工质,研究微槽加热面下封闭式喷雾冷却系统的冷却能力曲线和启动性能。(4)理论分析通过对大量实验数据的分析,对比众多影响因素对喷雾冷却实验性能的影响,对不同实验条件下的温度变化曲线进行公式拟合,并利用Fluent软件对喷雾过程进行模拟,摸索其中的规律。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-21
  1.1 课题的背景及意义  8
  1.2 现有高功率器件冷却技术  8-11
    1.2.1 池沸腾换热  8-9
    1.2.2 热管  9
    1.2.3 射流冲击  9
    1.2.4 微通道冷却技术  9-10
    1.2.5 喷雾冷却技术简介  10-11
  1.3 喷雾冷却的换热机理  11
  1.4 喷雾冷却的影响因素  11-14
    1.4.1 液滴参数的影响  11-12
    1.4.2 流量对喷雾冷却换热效果的影响  12
    1.4.3 换热表明结构对喷雾冷却换热效果的影响  12
    1.4.4 冷却工质对喷雾冷却换热效果的影响  12-13
    1.4.5 喷嘴类型的影响  13
    1.4.6 喷嘴倾斜角度的影响  13-14
  1.5 喷雾冷却技术的研究现状  14-19
    1.5.1 国外的喷雾冷却研究现状  14-18
    1.5.2 国内的喷雾冷却研究现状  18-19
    1.5.3 总结与分析  19
  1.6 本文的研究目的和主要研究内容  19-21
    1.6.1 本文的研究目的  19
    1.6.2 本文研究的主要内容  19-21
第二章实验系统简介  21-26
  2.1 实验系统  21-22
  2.2 实验步骤和实验方法  22-23
  2.3 实验中可能出现的问题和相应解决办法  23-25
  2.4 冷却工质有效体积流量的测量  25-26
第三章开放、封闭系统的实验研究  26-40
  3.1.水的冷却能力实验结果及分析  26-31
    3.1.1 开放式喷雾冷却系统  26-27
    3.1.2 封闭式喷雾冷却系统  27-31
  3.2 以水为工质的喷雾冷却系统的启动性能结果及分析  31-37
    3.2.1 开放式喷雾冷却系统的启动性能  31-34
    3.2.2 封闭式喷雾冷却系统的启动性能  34-37
  3.3 开放式喷雾冷却系统和封闭式喷雾冷却系统的对比  37-40
    3.3.1 冷却能力比较  37-38
    3.3.2 启动性能比较  38-40
第四章不同工质对喷雾冷却性能的影响  40-53
  4.1 以无水乙醇为工质的喷雾冷却系统的冷却能力  40-44
    4.1.1 不同喷雾流量下的无水乙醇冷却能力曲线和分析  40-42
    4.1.2 不同喷嘴高度下无水乙醇的冷却能力曲线和分析  42-44
  4.2 以无水乙醇为工质的喷雾系统的启动性能分析  44-49
    4.2.1 变功率  45-46
    4.2.2 变压力  46-47
    4.2.3 变喷嘴高度  47-49
  4.3 水和无水乙醇按一定比例的混合工质的冷却能力研究  49-50
  4.4 循环水流量对喷雾冷却性能的影响  50-53
    4.4.1 循环冷却水流量对酒精冷却能力的影响和分析  51
    4.4.2 循环冷却水流量对喷雾系统启动性能的影响和分析  51-53
第五章微槽表面的喷雾系统性能研究  53-59
  5.1 无水乙醇的冷却能力  53-54
  5.2 封闭式喷雾系统的启动性能  54-55
  5.3 光滑加热面和微槽加热面的对比  55-59
    5.3.1 冷却能力对比  55-57
    5.3.2 启动性能对比  57-59
第六章过冷状态下喷雾液滴撞击加热表面换热分析  59-81
  6.1 准则方程拟合  59-65
  6.2 数值模拟  65-81
    6.2.1 控制方程  65-66
    6.2.2 VOF 方法  66-68
    6.2.3 建模和计算结果  68-81
结论与展望  81-82
参考文献  82-84
致谢  84

封闭系喷雾冷却热质传递规律实验研究

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