《狹窄空間內乙二醇水溶液射流衝擊沸騰傳熱的研究》是依託上海交通大學，由洪芳軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：狹窄空間內乙二醇水溶液射流衝擊沸騰傳熱的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：洪芳軍
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
考慮到空間套用環境低溫和失重的特點，首次提出以質量濃度為35%的乙二醇水溶液(凝固點-20oC)在狹窄空間內射流衝擊沸騰的方法實現對大面積、高熱流密度加熱表面的高效冷卻。項目擬建立閉環運行的射流沸騰傳熱綜合性實驗平台，在常壓和低於大氣壓力下進行實驗研究，實現對狹窄空間內乙二醇水溶液射流沸騰汽泡動力學的可視化觀察，考察射流孔徑、受限空間高度、射流速度、過冷度和相變壓力、射流間距和射流孔排布方式對單孔或陣列射流沸騰傳熱特性的影響，揭示傳熱機理，並數值擬合換熱係數和臨界熱流密度的實驗關聯式。項目同時還將探索燒結多孔介質表面和針肋/燒結多孔介質複合強化表面及它們各自經親水性處理後的強化表面對射流沸騰傳熱的強化效果和作用機理。研究成果不僅對未來空間高熱流密度冷卻技術的發展具有重要的參考價值，而且對射流沸騰傳熱相關科學理論的發展有重要的意義。
結題摘要
大面積、高熱流冷卻技術在國防、航空航天，以及其它工業領域的大功率電力、電子器件中具有重要的套用。射流沸騰冷卻是目前最有套用前景的液體冷卻技術之一。本項目搭建了具有除氣、控壓和控溫能力的閉環射流冷卻實驗平台，開展了狹窄受限空間內陣列射流沸騰汽泡動力學、換熱特性和性能的綜合研究，考察了射流孔徑、距離、速度、過冷度和相變壓力，以及射流形式的影響，主要成果包括：（1）汽泡成核從射流對沖區開始，隨著熱流密度增加往滯止區發展，大過冷度下汽泡無法脫離表面，而在成核點附近發生周期性生長和湮滅，從而引起測試段內的壓力波動，其頻譜分布和不同大小汽泡的周期相對應。在熱流密度較高時，大汽泡表面會噴射出大量小汽泡，即發生微汽泡射流沸騰；（2）隨著沸騰的發展，射流距離、速度和入口溫度的影響變小，換熱以核態沸騰為主。這些因素對於臨界熱流密度（一般在射流對沖區）卻有重要影響，射流速度越高、入口溫度越低，臨界熱流密度越大，但是存在最佳射流距離使臨界熱流密度最大。增加背壓，可延遲沸騰發生、增大沸騰換熱係數、提高臨界熱流密度，因此，在壁面過熱度允許的情況下，可作為強化射流沸騰的一種手段。另外，由於射流沸騰汽泡一般不脫離壁面，因此，從核態沸騰到膜態沸騰的過渡非常突然，在套用中需要引起重視；（3）肋片表面能夠顯著提高射流沸騰換熱係數和臨界熱流密度，同時使得換熱更加均勻；（4）採用分散式射流，可以消除橫流作用，提高整體換熱係數和臨界熱流密度，同時由於其將加熱面單元化，理論上換熱面大小將不對其性能產生實質影響，因此，這種射流方式在超大面積均勻冷卻中具有獨特優勢；（5）採用射流/微通道混合型蒸發器，不但可以提高微通道冷卻的均溫性和臨界熱流密度，而且能減小壓降、以及安置方向對換熱的影響。本項目的成果不僅為列射流冷卻在大面積、高熱流冷卻中的套用提供了依據和參考，而且對完善射流沸騰理論有較高的意義。
