纳米流冷却液以射流方式对高温换热面冷却的实验研究.pdf

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1、EquipmentManufacturingTechnologyNo．1，2015纳米流冷却液以射流方式对高温换热面冷却的实验研究李振营，丁阿鑫，郑伟(温州大学机电学院，浙江温州325035)摘要：高温换热面是热负荷较高区域之一，提高换热面换热系数是解决高温换热面散热问题的关键。采用多金属纳米流冷却液作为冷-~lT．z．质，研究利用射流技术提高高温换热面换热系数的方法。实验研究表明，在相同射流参数下，不同份额的多金属纳米流冷却液相比较传统的冷却液而言，均可有效提高传热效果，同份额占比的多金属纳米流冷却液在不同的射流角度和

2、射流距离下，其传热性能也收到一定的影响。关键词：纳米流冷却液；射流；高温换热面：实验研究中图分类号：TK124文献标识码：A文章编号：1672—545X(2015)01—0006—03高效冷却技术往往成为大功率加工设备开发的保证射流工质温度恒定，特引入了高精度恒温箱设制约性瓶颈因素。众所周知，传统冷却液为传热性能备。为了测定射流工质的流量特引人了高精度液体很难进一步提升】，越来越不满足现代高科技系统高质量流量计进行测试。为了保证数据采集正确，引用负荷的传热以及高效冷却思想的实现。根据文献描高精度NI数据采集系统。述，在冷

3、却液中添加纳米粒子，可增大冷却液的传热一厂l罐一量流制控阀温度传感器系数，还可研制更为紧凑的散热器。电流此外，由于射流冷却技术能在局部产生极高的换热系数，而被认为是解决未来局部高热流密度冷耕赢鹇一高精度液体恒温箱却问题的首选技术之一l51。本文提出了一种多金属纳戚l信号情-节喜~li蔫O譬”葬米流冷却液，是将传统金属纳米流冷却液中的金属一粒子扩充为两种或两种以上的金属粒子，利用不同L皇王茎F———————图1多金属纳米流冷却液高温面射流冲击实验台示意图金属粒子间的运动规律存在差异，起到延缓粒子相互凝结的作用，从而可以更加

4、有效的起到高效冷却图2为本次射流冲击实验测试部分，图中黑色的作用点区域为温度测试点，最外面的大圈表示整体喷射范围，白色圈表示加热棒的位置，但由于本次实验过程1试验系统中各个加热棒的功率不同，导致最终热量集聚点位置在图2中的中上部分。通过数据采集卡测取三个温度采用试验的方式验证采用多金属纳米流冷却液测试点的温度数值，进行加权平均得出射流区域内的前后高温面换热系数的影响趋势，必须要考虑射流平均温度。整个实验过程测取了不同射流冲击高度速度、射流工质组份、射流冲击角度等多种因素1。(2．2mm、4．1mm、6．2mm、8．1ra

5、m)、不同射流冲击角度多金属纳米流冷却液射流冲击实验系统的组成(30。、50o、70。、90。)、不同射流速度(2．7Ⅱl／s、3．4m／s、和结构如图1所示。在动力单元的可变速电子泵的4．1m／s、4．8m／s、5．5ll1／s、6．2m／s、6．9n1／s、7．6mYs)。驱动下，不同流速的射流工质经过射流孔高速冲击到预设的加热表面，与加热表面发生射流冲击换热，工质从发热表面携走热量，从而实现发热面的冷却(即发热面在经过外部电源加热后温度仍保持不测憾一变)。射流工质流量通过系统的流量控制阀调节，为图2高温面中温度传感

6、器的布置位置收稿日期：2014—10—04基金资助：温州大学大学生创业创新项目(项目编号：JWDC2013063)。作者简介：李振营(1991一)，男，河南驻马店人，本科学历，研究方向为射流冲击冷却。6《装备制造技术)2015年第1期解释此现象：射流速度确定时，冲击角度越小，射流一．2实验数据分析流体经过射流孔到5达4换4热33面2的2距l离1s就越大，冲击衰减就越多，且在本身运动特性和物理特性的影响㈣实验过程中，针对多金属纳米粒子体积占比为下，射流迹线产生弯曲，进一步增大了射流距离，换0．5％、1％、1．5％、2％、2

7、．5％、3％，分别测试了多金属纳热效果随之变差，流体滞止点偏移。射流冲击角度过米流体以及传统冷却液的射流冲击换热效果，分析大，也不利于冷却表面温度的一致性，只是对局部高纳米粒子体积比例、射流冲击距离、冲击角度和人口功率表面的冷却非常有利。相反，冲击角度越小，射射流速度对高温换热面装置中试验部位换热性能的流冲击换热系数变化相对平坦，表面温度一致性也影响。实验过程中使用的传统冷却液为乙二醇与水就相对高些。的混合液。5OO00图3给出了射流冲击距离为3．6mm、冲击角度4500040o00为90~条件下，不同体积份额的多金属纳

8、米流体混合3500O液射流冲击换热系数随人口射流速度的变化情况。3OOoo2500o图中可见，采用多金属纳米流冷却液作为冷却介质20oO0l5000时，高温面研究试验部位的传热性能得到了提高。例如当射流速度提高到6．2m／s时，乙二醇冷却液的换热系数大约为22233W／(m·℃)，而采用所配置的体积份额为2％的多金属