微納米表面真空閃蒸噴霧冷卻機理研究

《微納米表面真空閃蒸噴霧冷卻機理研究》是依託清華大學，由王超擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微納米表面真空閃蒸噴霧冷卻機理研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：王超
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

真空閃蒸噴霧冷卻技術憑藉冷卻工質的快速、高度汽化吸收大量潛熱，具有比傳統噴霧冷卻方式更強的換熱能力和更少的工質需求，在空間飛行器設備艙內的環境溫度調控和電子元器件冷卻等方面具有廣闊的套用空間。本項目的科學問題是霧化液滴的閃蒸機理和擴散規律、微納米表面液膜的閃蒸機理和氣泡特性、微納米表面真空閃蒸噴霧冷卻的巨觀尺度數理模型。項目擬對液滴的閃蒸、微納米表面液膜的閃蒸、氣泡的形成和發展規律開展可視化實驗研究和數值模擬研究，建立液滴閃蒸模型和微納米表面液膜的閃蒸模型，揭示耦合閃蒸效應的霧化液滴之間相互作用機理和液膜內部氣泡的演變特性及其對液膜流動換熱的影響，獲得真空閃蒸噴霧冷卻在噴霧空間和微納米表面的熱質傳遞規律。預期研究成果可為改進真空閃蒸噴霧冷卻技術提供理論依據，對發展高效熱防護技術也有重要意義。

結題摘要

真空閃蒸噴霧冷卻技術憑藉冷卻工質的快速、高度汽化吸收大量潛熱，具有比傳統噴霧冷卻方式更強的換熱能力和更少的工質需求，在空間飛行器設備艙內的環境溫度調控和電子元器件冷卻等方面具有廣闊的套用空間。本項目圍繞真空閃蒸噴霧冷卻技術，開展了液滴閃蒸的理論研究，建立了液滴閃蒸的數學模型，並基於實驗結果對模型進行了驗證。計算並總結了液滴直徑、環境溫度和壓力、液滴組分濃度等對液滴閃蒸結冰相變特性的影響規律，獲得了真空環境液滴的存在時間及其主要影響因素。搭建了真空閃蒸噴霧冷卻實驗系統。開展了液膜閃蒸的理論研究和實驗研究，建立了液膜閃蒸的數學模型，並基於實驗結果對模型進行了驗證和計算結果的深入分析。製作了微納米結構表面，並開展了真空噴霧過程液滴參數變化的實驗研究，獲得了不同壓力環境下霧化液滴的尺寸變化特性。發展了真空閃蒸噴霧冷卻的計算方法，並開展了真空閃蒸噴霧冷卻的三維數值模擬，獲得了工質流量、噴霧壓力和環境壓力、氣流出口位置等對真空閃蒸噴霧冷卻性能參數的影響規律。建立了巨觀真空閃蒸噴霧冷卻的數學模型，該模型適用於包括微納米表面在內的幾乎所有發熱表面。研究並提出了空間飛行器設備艙體的壓力和溫度的控制方法，計算分析了典型工況條件，如噴霧流量、氣流出口直徑和環境壓力等對設備艙內壓力和溫度，發熱表面溫度的控制規律。研究成果可為改進真空閃蒸噴霧冷卻技術提供理論依據，對發展高效熱防護技術也有重要意義。