高热流密度喷射相变冷却技术研究(4)
热虹吸器与LHP/CPL不同的是：热虹吸器是依靠重力作用驱动液体工质回流到蒸发器，而LHP和CPL都是依靠毛细力泵吸液体工质补偿蒸发掉的工质完成循环。热虹吸器由于依靠重力势能驱动，冷凝器和蒸发器之间必须有一定高度差，在大型电子元器件的冷却领域应用较多，而在微小型电子冷却受到一定空间和高度的限制。对于两相闭式热虹吸器，可能发生的传热极限有干涸极限、沸腾极限和携带极限。由于靠重力将冷凝器中的工质回流到蒸发器,如果蒸发器比冷凝器位势高时会造成蒸发器干枯，循环不能继续；在充液量和径向热流密度较大而轴向热流密度较小时，容易出现沸腾极限；在充液量和轴向热流密度较大而径向热流密度较小时，容易发生携带极限。
以机械泵为驱动力的两相冷却系统在设计、控制和运行方面有着很多优于毛细力驱动的两相冷却系统的特性。在运行控制方面，由于机械泵驱动使得系统的控制更加简单，通过改变泵的输入电压可以实时地改变流量。同时机械泵的驱动力远大于毛细泵，这更适合于复杂形状和布局分散的热源散热。在系统的启动方面，CPL系统正常工作之前要先保证毛细芯浸润，所以需要对储液器加热将工质传送到蒸发器毛细芯的预热过程，而LHP由于蒸发器和冷凝器是在一起的,所以可以不通过预热阶段而直接用在热源散热上，但是在启动初期，系统性能很不稳定，特别是在系统充注的工质较多或者热负荷较小的情况下，启动需要很长时间,温度也会出现大幅度震荡。相比之下，泵驱动系统则不需要预热过程而直接启动,通过控制电机的输入电压，逐步达到工作的稳定点。在整体的结构设计方面，机械泵驱动的环路系统则可以采取多个蒸发器并联同时工作的结构，蒸发器的回路的复杂程度和长度都可以大大提高。此外，因为不需要毛细芯的设计结构，散热段的截面积可以做得更小，这有利于系统的小型化。
1.5 本论文的主要内容
当前大功率电子设备趋向于小型化、高集成度化和高性能化方向发展，与这些技术相伴随的是电子设备的功率和热流密度也急剧增大，由此会产生过高的温度使电子设备工作稳定性下降，直接影响设备的可靠性。能耗和散热问题是未来大功率电子设备必须解决的问题。相变冷却具有较好冷却性能来实现大功率电子设备的散热问题的方案。本文通过对各种相变冷却设备的原理进行比较，选择了机械泵为驱动力的射流两相冷却装置系统作为主要实验研究对象，比针对该系统作了如下的研究。
1.介绍射流两相冷却机理及实验原理。
2.实验系统装置概述。
3.实验过程及数据分析，重点分析流量变化对换热效果的影响；流动特性对换热效果的影响等。
4.与单相射流冷却性能进行比较，分析两相射流冷却性能的优越性
最后为本文的结论和展望。机械泵为驱动力的射流两相冷却系统是一种冷却性能具有显著优势的冷却技术。我们应该在此基础上进一步对该项技术进行研究，使得这项技术能够更加趋于完善，比得以广泛的应用在生活生产中，有力的促进大功率电子设备的迅猛发展，造福于人类。
2 射流冲击两相冷却机理及实验装置和原理
2.1 冲击射流及类型选择
冲击射流是射流对固体壁面冲击流动，通过圆形或窄缝形喷嘴垂直喷射到被冷却或加热表面。由于流体或气体直接冲击被冷却或加热表面，在冲击区和靠近冲击区附近的区域中边界层薄并且是高度湍流的，所以冲击射流可以显著地强化传热。射流在喷管出口处具有均匀的速度分布，但随着离开出口的距离增加，射流与环境之间的动量交换使得射流的自由边界变宽，而保持均匀出口速度的核心区则收缩。在速度核心区的下游，整个横截面上的射流速度分布不均匀，而且中心速度随着离开喷管出口的距离的增加而降低。状态不受冲击表面影响的流动区域称为自由射流。