大功率激光器喷雾冷却中无沸腾区换热性能实验研究

以水为冷却介质,采用雾化角60°的Steinen系列1.5和2.0实心圆锥喷嘴,研究不同流量(3.26～5.0 L/h)时大功率激光器喷雾冷却中的换热性能。结果表明,喷雾冷却"无沸腾"区换热性能不能简单以流量大小来衡量:对于同种型号喷嘴,压力、流量增大会导致换热性能增强;但对不同型号的喷嘴,增大压力与流量不能明显增强换热能力。在液滴喷射速度变化不大时,由于流量增加会引起液滴数通量、液滴粒径大小、液膜厚度等喷雾参数的变化,这些参数共同影响着换热。冷却效率主要受液体流量和液滴喷射速度共同影响。对于同种型号喷嘴,压力增强冷却效率下降。相对于光滑表面,粗糙换热面在喷雾冷却"无沸腾"区有着更好的换热性能和冷却效率。

喷雾冷却中散热面温度对无沸腾区换热特性的影响

以水为冷却介质,针对固体激光器200 W/cm^2散热需求进行喷雾冷却换热实验研究,重点研究介质体积通量在0.044-0.053 m^3/（m^2.s）,壁面温度为25-65℃范围内“无沸腾区”的散热特性。实验结果表明,通量为0.044 m^3/（m^2.s）,壁面温度为65℃时,散热功率可达257 W/cm^2;在通量为0.053 m^3/（m^2.s）时,保持同样壁面温度散热能力达到300 W/cm^2。对实验数据进行分析发现,“无沸腾区”换热系数随着介质体积通量、壁面温度的增加而变大;对雷诺数Re〉440给出了反映换热特性的Nu与Re经验关系式。与Oliphant等给出的数据比较后发现,此关系式在Re〉240以后的计算结果,对工程运用亦有一定的参考作用。

无沸腾区机载喷雾冷却实验关联式研究

主要开展4种不同结构热沉表面无沸腾区机载喷雾冷却实验关联式的研究.在总结前人工作经验并搭建实验台完成实验的基础上,提出了影响喷雾冷却性能的4个无量纲参数,且通过实验数据处理得到各个热沉表面的努塞尔数无量纲关联式.给出的光滑热沉表面实验关联式的预测值与实验值偏差在±8.5%以内,并分析了各个量纲对实验关联式精度的影响.对于钻孔表面,引入传热强化系数对关联式进行修正,使得关联式的预测值能够落在偏差±15%内.另外单独给出了槽道热沉表面的实验关联式,该关联式不受槽道结构及数量的影响,且适用于水、盐类及醇类溶液.

高功率激光器喷雾冷却的实验研究

以水为冷却介质,采用Spray公司的TG0.3机械雾化实心圆锥喷嘴,在体积通量为0.044,0.049和0.053 m3/(m2.s)情况下,对刻有不同微结构槽道冷却面的无沸腾区换热性能进行实验研究。结果表明:刻有微结构的表面可明显增强换热效果;壁面刻有高为0.2 mm的微结构槽道且壁面温度为52℃时,体积通量为0.044 m3/(m2.s)则热流可达260 W/cm2,通量为0.053 m3/(m2.s)则散热功率高达376 W/cm2,完全可以满足当前高功率激光器的散热需求。对于光滑面以及槽肋高为0.1和0.2 mm的换热面,其换热能力随着体积通量的增加而增强;换热面高度为0.4 mm时,通量对换热的影响变得较微弱。微结构槽道不仅增加了换热面积,还有利于液膜扩散,减小液膜厚度,增强换热。在三种不同的流量通量下,高度为0.2 mm的微结构槽道换热性能最佳。

小流量下喷雾冷却的理论及实验研究

以水为冷却介质，对半实心旋流式机械雾化喷嘴的雾化性能及“无沸腾”区换热性能进行实验研究。PDPA的测试结果表明，该喷嘴在喷雾区有一明显的液滴速度、液滴直径减小的回流区，且距喷口越近，回流越明显。对质量通量为11．67-2906kg／（m^2s）之间的换热性能研究发现，热流、换热系数均随着流量通量的增加而增强；壁面温度对“无沸腾”区换热亦有一定的影响，且壁面温度愈高，换热性能亦愈强。给出了反映壁面温度影响的无量纲参数ξ，并对Reynolds数为116．2—289．2的实验数据进行拟合得到反映“无沸腾”区换热特性的无量纲关系式。