多喷嘴阵列喷雾冷却技术的研究进展

喷雾冷却是一种换热效率高、工质需求量小、温度均匀性好的大功率强制冷却技术。近年来,采用多喷嘴的阵列喷雾冷却作为一种能够满足更大面积及更高热流密度表面散热需求的技术得到国内外学者越来越多的关注。结合现有的研究成果,本文从理论研究和试验研究2个方面,分析与总结国内外阵列喷雾冷却技术的研究现状和进展,并指出多喷嘴陈列喷雾冷却技术的发展方向。     

大小样品在液氮中的淬冷沸腾换热比较研究

分析了大小样品在液氮中的淬冷沸腾换热特性。大小样品的淬冷沸腾换热有着明显的差别，小样品的热流密度比大样品的明显高得多。小样品的淬冷沸腾有一起始段，其温降高达６０Ｋ。从实验结果还可以看到，小样品的Ｌｅｉｄｅｎｆｒｏｓｔ点和临界热流点对应的壁面过热度明显比大样品的高。最后还分析了样品直径对临界热流密度的影响。     

喷雾冷却临界传热特性试验研究

为了进行极限热工况下的喷雾冷却传热特性研究,设计并搭建采用蒸馏水及乙醇溶液喷雾冷却试验台,分析结构参数、喷雾流量、喷雾腔内压力等对喷雾冷却临界热流密度的影响。试验结果表明:临界热流密度随槽道深度增加先增大后减小,最佳槽道深度为0.8 mm,此时临界热流密度达到326 W/cm^2;随着喷雾流量的增加,临界热流密度始终增大;喷雾腔内压力对临界热流密度基本没有影响。计算结果表明,喷雾冷却效率随槽道深度增加而提升,随喷雾流量的增加而减弱。     

沸腾表面对液氮临界热流密度的影响实验

采用液氮作为沸腾工质,通过可视化液氮沸腾实验台,对不同材料和直径的沸腾表面在液氮中进行相关稳态沸腾实验研究,总结分析沸腾表面材料、表面直径对临界热流密度及其对应过热度的影响规律.     

平板在过冷液氮中的淬冷沸腾传热的实验研究

用直径为５０ ｍ ｍ 、厚度为２０ ｍ ｍ 的平板实验研究了倾斜平板在过冷液氮中的淬冷沸腾传热, 方位角为０°（热面水平向下） 到９０°（热面垂直）, 液氮过冷度为０～１３ Ｋ。由实验结果得到, 在所有方位角情况下, 随着液氮过冷度的提高, 在热流密度曲线图上的热流密度曲线向右上方移动; 从最小膜态沸腾点向过渡膜态沸腾转变时, 有一热流密度迅速提高的突变过程, 过冷度越大, 这种突变过程表现得越突出。     

数据中心两相冷却技术现状与展望

随着数据中心行业的不断发展,IT设备能耗、热通量均逐渐提高,配套的制冷设备能耗占比增大,因此高效节能冷却技术逐渐受到关注。本文对现有的两相冷却技术进行了归纳、分类,并在此基础上提出了一种分布式两相冷却方法。同时介绍了两相冷却技术所涉及的冷却液物性、强化换热方法和系统热力学评估3个层面的研究进展。目前,数据中心冷却液的物性研究主要针对液相,缺少气相物性;沸腾换热和冷凝换热主要是通过对气泡和液滴的形成与脱离过程进行强化,缺少针对冷却液强化换热方法的研究;两相冷却系统具有优越的热力学性能,但存在相变引起的压力变化问题。     

CMC液体垂直向下流动沸腾临界热流实验

采用薄壁不锈钢管，用高粘幂律流体进行了垂直向下流动沸腾临界热流实验研究，建立了临界热流关联式。     

以乙醇溶液为冷却工质的开式喷雾冷却系统实验研究

在开式循环喷雾冷却系统上研究质量分数分别为10%、20%、30%、50%、70%、99%的乙醇溶液对喷雾冷却效果影响,结果表明:热沉表面热流密度和传热系数先随乙醇水溶液浓度的增大先增大,当乙醇质量分数为50%时达到最大值,随后随乙醇浓度的增大而减小。体积流量0.944 46L/min,乙醇质量分数为50%时,喷雾冷却传热系数为6.41 W/(cm~2·K),热流密度为216.04W/cm~2,较之纯水传热系数增加了34.95%,热流密度增加了24.9%。结果表明使用乙醇溶液作为冷却剂的喷雾冷却系统能同时满足高热流密度和低换热表面温度的要求,具有良好、稳定的换热冷却能力。推导了反映介质喷雾特性和蒸发强度对换热影响的光滑表面量纲一换热准则方程,涉及的物理参量较少,因此可方便用于工程设计。     

近临界热流密度区域低温液体活化核心密度预测

采用厚液层蒸发传热模型,对近临界热流密度区域活化核心密度进行预测.计算结果显示在离临界热流密度点相对较远的区域出现的线性规律与前人的发现具有很好的一致性,验证了所用方法的可行性;而在无量纲过热度约为0.89时,活化核心密度出现最大值,之后活化核心密度随过热度增大呈现下降趋势,将其归因为临界热流密度点附近的热条件、流动条件及活化核心重叠等因素对活化核心的抑制作用.     

射流冲击冷却系统实验性能研究

对一闭式射流冲击冷却系统的循环冷却性能进行了实验研究,讨论了循环流量和喷射压差对冷却循环系统性能的影响.为了分析射流换热性能的差异,对不同喷射压力和流量的工况进行分析,并通过对喷射腔内的喷射状态观察,与相关的换热试验性能进行了对比分析.     

Heat transfer to helium-I during different boiling regimes at high centrifugal accelerations

Heat transfer during nucleate and film boiling of helium and also the boiling crises up to relative accelerations of (1 ÷ 2) × 10³ have been investigated. The heat transfer surface was a flat copper heater. The heat transfer during nucleate boiling proved to be independent of the relative accelerations. For film boiling, it was found that $\text{α ～ η}{}^{\mathrm{<mtext>1</mtext><mtext>3</mtext>}}$. The dependence of the peak nucleate boiling heat flux and the minimum film boiling flux on the relative acceleration is non-monotonic.     

低流量下阵列式微通道对流沸腾特性实验研究

设计了阵列式微通道热沉结构,进行了并R134a的沸腾流动换热实验。结果证明,在低干度区域由泡状流/弹状流/半环状流主导,主导换热机理为对流沸腾和蒸发,热交换系数随热流密度显著增加,随质量流量增大而略有增加。在高干度区域搅拌流/束状流主导沸腾流动,对流蒸发为主导换热机理,换热系数随流量增大而增大。该结构可以在低流量下提前紊流转捩;有效抑制压力波动,减小进出口压力差。实验观察发现搅拌流/束状流型,气液界面波失稳导致液膜破碎和卷携。液滴沉积会润湿局部蒸干壁面。当热流持续增大,液膜破碎并大量被卷携入气核后,壁面附着气膜且无法被润湿,形成反束状流型时,触发CHF。     

Transient solid-liquid He heat transfer and onset of film boiling

The transient heat transfer between single-crystalline Ge chips and liquid helium is investigated during the application of light pulses with different optical power to the Ge sample. The strong temperature dependence of the electrical conductivity of Ge conveniently serves for monitoring the temporal behaviour of the sample temperature during the input of optical energy. After a certain time interval following the beginning of the light pulse an abrupt rise of the sample temperature is observed. This time interval is much longer than the thermal time constant expected for the sample. This abrupt rise of the sample temperature can be understood in terms of the onset of film boiling. The observed onset time of film boiling and its dependence upon the heat transfer power density agrees reasonably with earlier results by Steward.     

Heat transfer intensity at forced flow boiling of cryogenic liquids in tubes

A generalized correlation for heat transfer with forced flow boiling of cryogenic liquids (nitrogen, hydrogen and neon) in tubes is presented. The correlation describes, with a ± 35% accuracy, all known experimental data for vertical and horizontal channels (without stratified regimes) in the pressure range 0.9 – 22 bar, mass flow rates from 20 to 2200 kg m^?2 S^?1, and heat fluxes from 400 to 210 000 W m^?2. The boundary line between channels of a large and a small diameter has been established; a simple method of taking into account the higher heat transfer intensity in capillaries has been suggested.     

Transient nucleate boiling of liquid nitrogen with a stepwise change of heat flux

Results of experimental and theoretical investigations of unsteady nucleate boiling of liquid nitrogen are presented. A strip of niobium foil placed along the axis of a tube served simultaneously as a heater and as a resistance thermometer. Noted deviations from correlations for the steady nucleate boiling are explained by a new methematical model, which considers the process of transient nucleate boiling as stochastic.     

窄通道强化沸腾换热的方法综述

利用通道强化沸腾换热是一种既经济又有效地强化传热方法。从核沸腾传热的微液膜蒸发机理出发，通过分析认为；利用窄通道强化沸腾换热，实质是对液膜蒸发过程的强化，并指出扩大微膜面积可强化沸腾换热。针对窄通道沸腾换热临界热负荷小的事实，提出了可通过及时补液的克服方法。