实心圆锥喷嘴喷雾单相区冷却性能模拟研究.pdf

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1、FLUIDMACHINERYVo1．38，No．6，2010文章编号：1005--0329(2010)O6—0064—05实心圆锥喷嘴喷雾单相区冷却性能模拟研究李德睿，王文(上海交通大学，上海200240)摘要：喷雾冷却可获得高效散热效果，本文以深入分析喷雾冷却性能影响因素为目标，对不同实心喷嘴在多种运行工况下的喷雾过程进行了模拟，并分析了喷雾冷却单相区的换热性能。CFD模拟与部分文献试验结果比较验证分析，表明模拟结果可作为深入分析压力旋流喷嘴喷射过程，以及优化其设计和运行的参考。关键词：喷雾冷却；实心圆锥喷

2、嘴；热流密度中图分类号：TQO28文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2010．06．015SimulationofFullConeNozzleSprayCoolingPerformanceinSinglePhaseLIDe—rai，WANGWen(shanghaiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Spraycoolingcanreceiveeffectiveresultofheattransfer，thisart

3、iclesetstheobjecttoanalyzespraycoolinginfluen—tialfactor，differentsprayusingmanykindsofconenozzleandrunningatdifferentoperateconditionwassimulated，thespraycoolingheattransfereffectinsinglephaseareawasconcluded．BycomparingCFDsimulationresultwithexperimentres

4、uh，sim—ulationresultwasprovedtobethereferenceforanalyzingfullconenozzlesprayprocessandoptimizingthedesignandoperation．Keywords：spraycooling；fullconenozzle；heatflux1引言图1所示。20世纪70年代，研究者开始从事喷雾冷却的研究。试验结果表明，用水作为冷却介随着电子元器件和激光器件的发展，电子元质，临界热流密度可达1000w／cm；冷却介质为件和激光器

5、件的散热也成为一个迫切需要解决的甲醇，碳氟类化合物(FC一72，FC一87)和LN2时，问题，有研究者预计，到2012年，高热流密度散热临界热流密度分别可达490、90、160w／em、。需求将达到120W／cm。由此可见，发展高热流密度散热技术十分必要。对于高热流密度环境，密集冷却和相变冷却成为强化换热的重要手段，目前相关的技术主要以微通道换热、喷淋冷却和喷雾冷却为主。微通道换热结构紧凑，但是压降较大，喷淋冷却能适用于较大热流密度环境，但其冷却的不均匀性较为突出，而喷雾冷却的最大优点就是冷却均匀并且有很高的

6、热流密度。喷雾冷却是把冷却介质雾化后喷淋到高温固过冷度(1体表面，在热表面进行单相或两相换热以带走热图1喷雾冷却冷却曲线量的冷却方式。它能在较小的换热区域内达到较在喷雾冷却研究中，临界热流密度CHF和传高的换热量并能换热均匀，这些特点使得喷雾冷热系数成为衡量换热强度的重要标准。一般认为却近些年成为研究重点。典型的喷雾冷却曲线如收稿日期：2o09—11—102010年第38卷第6期流体机械65CHF和传热系数受到喷嘴形式、喷孔与待冷却表与文献中的试验结果进行比较。面距离、待冷却表面形状、撒特直径d，(撒特直径反

7、映了喷射液滴的平均直径)，喷嘴液滴速度【，2计算模型单位体积流量和过冷度影响。Mudawar和Estes通过比较了一系列不同的2．1喷嘴原理和选择流量、喷射范围和喷孔与待冷却表面距离对喷雾喷雾冷却选用的喷嘴形式一般有平孔喷嘴、冷却的影响，认为喷雾冷却喷孔与待冷却表面最压力旋流喷嘴、气体辅助喷嘴3种。平孔喷嘴结佳距离为喷射区域刚好能覆盖被冷却表面时的距构简单，但雾化效果和喷射角不够理想；压力旋流离。喷嘴雾化效果较好，但动力性不足；气体辅助喷嘴Navodo通过试验改变喷射孔的喷射速度和结构较复杂，并且需要压缩空气

8、作为加速介质，但流量等性质，得出结论液滴的喷射速度但对CHF其雾化效果较好，雾化冷却能力强¨引。的影响最大但却对传热系数影响不大，而液滴的压力旋流喷嘴是最常见也是最常用的一种喷数量既能影响CHF和传热系数，撒特直径的增加射器，一般分为实心圆锥喷嘴和空心圆锥喷嘴两会增强换热系数却降低了CHFl5J。种类型。实心圆锥喷嘴会将液滴均匀的喷射到喷现阶段喷雾冷却研究重点集中到多喷嘴喷射射表面形成实心圆锥状喷雾