喷雾冷却由于具有散热能力强、工质需求量小等优点,在功率不断增大的电子器件精确温控方面具有巨大的应用前景。喷雾冷却发热面所存在的温度非均匀性必然会对喷雾冷却高热流密度的精确温控造成严重的不利影响。本研究目利用实验方法研究了喷雾冷却的传热特性和各主要因素对传热特性的影响,并得出了单相区和两相区换热的无量纲关联式,所得关联式和本研究及国内外文献的实验结果相比,其误差在10%以内,具有较高的精度;基于动力学和传热学原理,建立了喷雾冷却传热特性的数学模型,模型计算结果与实验结果吻合较好,误差低于10%;模型分析结合实验方法研究了不同喷雾高度、喷雾流量、热流密度、喷嘴、系统压力以及重力条件下的喷雾冷却传热特性与表面温度不均匀性;通过对不同喷雾液滴速度分布不均匀性、SMD分布不均匀性、液滴数分布不均匀性及不同加热功率下的液膜厚度、液膜速度和表面温度分布进行仿真分析,探讨了喷雾冷却表面温度不均匀性的形成机理,得到了反映单相区和两相区表面温度不均匀性的关联式,其误差在20%以内。该研究为喷雾冷却高热流密度散热的参数优化、可靠性分析提供理论依据。
英文主题词spray cooling; high heat flux; heat transfer; thermal management