间歇式喷雾冷却高热流表面机理研究

论文摘要

随着电子行业的快速发展,微电子系统进一步集成化,传统的散热方式,换热能力已达极限,使电子行业的发展陷入瓶颈。本文针对小空间高热流密度的散热问题,试图寻找一种新的解决方案,使换热能力进一步提高。通过文献综述,总结出影响池沸腾、喷雾冷却中沸腾换热的因素,分析了池沸腾、喷雾冷却中沸腾换热的优缺点,从理论上提出一种新的解决方案,间歇性喷雾冷却。首先,介绍了与核态沸腾理论相关的气泡动力学,分析气泡动力学对核态沸腾的影响。其次,重点介绍了核态沸腾换热的四种经典模型。为分析间歇性喷雾冷却的沸腾现象,比较间歇性喷雾冷却与传统的连续性喷雾冷却换热效果,提供理论依据。为了验证理论分析的可行性,进一步研究间歇式喷雾冷却中沸腾传热机理,比较间歇式喷雾冷却与传统的连续性喷雾冷却换热效果的优劣,本文开展实验研究。实验结果证明,间歇式喷雾冷却在喷射半周期为100ms、150ms的条件下,换热效果比连续性喷雾冷却换热效果要好。特别是在喷射半周期为100ms的条件下,壁面温度与连续喷射相比降低了12%,而平均表面对流传热系数与连续喷射相比增加了18%分析实验结果,认为造成这一现象,主要是由于间歇性喷雾冷却在换热方面具有三点优势:(1)平均时间内加热表面上形成的液膜比连续性喷射要薄,使热阻减小。(2)液膜厚度的减小,一方面,使液膜内的气泡更容易受到外界雾滴的影响,另一方面,使气泡的生成半径减小,逃逸频率增加。(3)采用间歇性喷射,在停喷的一段时间内,热蒸汽有时间向周围冷空气扩散,减小了热蒸汽与雾滴直接的相互作用。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究背景
• 1.2 喷雾技术在各领域中的应用
• 1.3 喷雾冷却机理的研究现状
• 1.3.1 喷雾机理的发展与现状
• 1.3.2 喷雾冷却机理的研究现状
• 1.3.3 研究中存在的问题
• 1.3.4 针对以上问题提出的解决方案
• 1.4 本文的工作
• 第二章 沸腾传热理论
• 2.1 核态沸腾理论相关的气泡动力学
• 2.1.1 气泡的生成条件
• 2.1.2 气泡的生长过程
• 2.1.3 气泡的脱离过程
• 2.2 核态沸腾传热的模型
• 2.2.1 气泡的的扰动机理
• 2.2.2 气液交换机理
• 2.2.3 微层蒸发原理
• 2.2.4 组合模型
• 2.3 喷雾冷却中沸腾现象与池沸腾的区别与联系
• 2.4 本章小结
• 第三章 实验装置
• 3.1 加热系统
• 3.1.1 加热装置
• 3.1.2 温控装置
• 3.1.3 数据采集装置
• 3.2 喷水系统
• 3.2.1 喷嘴的选择
• 3.2.2 电磁阀的选择
• 3.2.3 脉冲控制部分
• 3.2.4 喷水系统其余设备说明
• 3.3 本章小结
• 第四章 实验研究
• 4.1 测量参数与测量手段
• 4.2 基本实验步骤
• 4.2.1 实验安全检查
• 4.2.2 实验前工作准备
• 4.2.3 实验操作步骤
• 4.3 实验方案设定
• 4.4 实验分析方法
• 4.5 实验过程分析
• 4.5.1 升温部分的分析
• 4.5.2 关于热流密度变化的分析
• 4.5.3 温度变化的分析
• 4.6 实验结果分析
• 4.6.1 实验结果的数据整理
• 4.6.2 实验结果的数据分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 下一步研究工作设想
• 参考文献
• 符号表
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢