高温部件喷雾冷却系统设计+文献综述(2)
4.1 不同流量下的红外隐身效果对比 29
4.2 喷雾冷却和遮蔽对红外隐身的影响 30
5 实验改进与展望 34
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
1 绪论
1.1 应用背景
随着科技的进步，各行业中对于冷却换热的要求越来越高，冷却性能的好坏甚至直接决定着一个行业的发展，比如在电子行业中，随着电子设备性能的提高，其散热问题也越来越严重，有研究指出电子器件失效的因素中有55％是由于温度过高引起的[1]。而传统的冷却方式已不能满足现代科技进步的需求，各行业中都在寻找新型的换热方式。目前已有的成熟换热技术大多是基于导热及单相对流换热机理，如导热、冷板、热沉加风扇等技术，这些换热方式的换热能力几乎达到了极限，新型换热方式主要有池沸腾、热管、射流冲击、微通道换热以及喷雾冷却等。
喷雾冷却正是新型换热方式中最具潜力的换热方式之一。所谓喷雾冷却就是把液体雾化后喷淋到散热表面形成一层气液薄膜，并通过自然对流、导热、沸腾带走热量的冷却过程。喷雾冷却具有诸多优点，如散热能力高、冷却温差小、工质量小、没有沸腾的滞后性、与固体表面之间没有接触热阻等。Yang等[2]的研究结果表明，以水作为介质的喷雾冷却的热流密度可以达到1000W/cm2，pais等[3]以水为冷却剂测量得到粗糙表面的热流密度可超过1250W/cm2。目前喷雾冷却已经在机械加工、冶金、临床医学、航空航天、能源等领域有了一定的应用。在金属切削加工过程中，采用喷雾冷却技术冷却和润滑加工表面，以保证加工质量和保护刀具，可显著提高切削加工生产效率和零部件加工质量。在激光医疗方面，应用喷雾冷却技术来对手术部位周围皮肤进行有效冷却，可以防止大功率激光对皮肤的烧伤。喷雾冷却也可以应用于高功率的微波、机载／星载的雷达、激光武器等高热流密度的电子设备散热问题。
喷雾在红外隐身方面的应用也逐渐受到重视。对高温物体表面喷雾，可直接降低物体的表面温度，使辐射源的红外辐射强度减弱。另外，水雾对红外有散射、吸收的作用，从而达到对物体表面的红外遮蔽效果。
1.2 喷雾冷却的研究现状
1.2.1 喷雾冷却的换热机理
冷却工质经过喷嘴喷出后变成雾滴，雾滴喷洒在被冷却物体表面形成液膜，依靠液膜的蒸发、对流、雾滴的撞击和液膜内气泡的生长、运动、破裂等相变过程带走物体表面的热量[4]。目前普遍认为喷雾冷却的传热机制包括三方面：热源表面气核及二次核子的核沸腾、对流换热和液膜的蒸发。
喷雾冷却中液体在热表面的换热主要分为两部分：以强迫对流为主的无沸腾区换热和有气泡产生的核态沸腾换热，如图1.1所示。当表面温度较低时，强迫对流换热占据主导地位。喷雾冷却处于无沸腾区，这种换热方式贯穿喷雾冷却的整个过程。Tan[5]研究发现，在整个喷雾冷却中两相换热大约占据了总换热量的45％-65％，其余热量主要由强迫对流带走。
当壁面温度达到喷雾工质沸点温度时，换热进入沸腾区，如图斜率明显增加，此时换热增强。冷却物体表面温度一般低于冷却介质Leidenfrost温度，沸腾主要为核态沸腾。多数研究者将此区域的换热机理归纳为四部分共同作用的结果，即：强迫对流换热，液膜蒸发，热表面核态沸腾和“二次成核”引起的核态沸腾换热。
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