HFC134a喷雾闪蒸冷却换热特性的实验研究

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1、V01．22No．5航天器工程第22卷第5期56SPACECRAFTENGINEERING2013年lO月HFCl34a喷雾闪蒸冷却换热特性的实验研究程文龙1章玮玮1陈华1王领华2吕建伟2李彦良2(1中国科学技术大学热科学和能源工程系，合肥230027)(2中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京100076)摘要喷雾闪蒸冷却由于可以在较小的工质流量下实现很高的散热能力，在高热流密度散热、航天器热控和热防护等领域具有广阔的应用前景。本文建立了喷雾闪蒸冷却实验系统，对环境压力下以HFCl34a为工质的喷雾闪蒸冷却换热特性进行了实验研究，得出了喷雾闪蒸冷却的换

2、热特性曲线、临界热流密度(criticalheatflux，CHF)以及被冷却表面温度随喷雾高度和流量的变化曲线，分析了适用于热控的最佳喷雾高度和流量。关键词喷雾闪蒸冷却；热控；喷雾高度；临界热流密度中图分类号：V416．4文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．05．009ExperimentalStudyonHeatTransferPerformanceofHFCl34aSprayFlashCoolingCHENGWenlon91ZHANGWeiweilCHENHualWANGLinghua2LUJianwei

3、2LIYanlian92(1DepartmentofThermalScienceandEnergyEngineering，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230027，China)(2ChinaAcademyofLaunchVehicleTechn0109y，Beijing100076，China)Abstract：ThesprayflashcoolingtechnologycanobtainhighcoolingcapacitywithsmaUflowrate，soithasbroadapplic

4、ationprospectinthefieldofhighheatfluxremoval，thermalcontrolandthermalprotectioninspacecraft．Asprayflashcoolingexperimentalsystemisestablished．Thesprayflashcoolingheattransfercharacteristicscurveandcriticalheatflux(CHF)areobtainedbyexperimentalstudyonheattransferperformanceofHFCl34

5、asprayflashc001ingatatmosphericpressure．Theexperimentalsogivessurfacetemperaturecurvewiththesprayheightandflowrate．Theoptimunsprayheightandflowrateinthethermalcontrolhavebeenanalyzed．1(eywords：sprayflashcooling；thermalcontrol；sprayheight；criticalheatflux1引言当高压液体通过喷嘴喷射到低于其饱和压力的环境中时

6、，液滴变为过热状态，在被冷却表面上形成液膜，这种依靠液膜在被冷却表面的流动、沸腾、闪蒸等方式对表面进行快速冷却的过程就是喷雾闪蒸冷却。与普通喷雾冷却相比，喷雾闪蒸冷却具有更好的散热性能，因此喷雾闪蒸冷却在高热流密度电子器件散热、航天器热控和热防护等领域具有广阔收稿日期：2013一02—24；修回日期：2013一04一01基金项目：国家自然科学基金(51376169)作者简介：程文龙(1969一)，男，博士，副教授，从事传热传质、空间热控、热物性方面的研究工作。Enlail：wlcheng@ustc．educn。第5期程文龙等：HFcl34a喷雾闪蒸冷却换热

7、特性的实验研究57的应用前景，NASA已经把喷雾闪蒸冷却用于航天器热控系统，并将紧凑式闪蒸器技术作为航天器热控优先发展方向之一[1q]。喷雾闪蒸冷却的传热传质特性受到多种因素的影响，传热机制非常复杂。其闪蒸过程包括两方面：喷雾形成液滴在到达被冷却表面之前的液滴闪蒸和液滴到达被冷却表面后形成的液膜闪蒸。目前，对闪蒸传热特性的研究主要集中在海水淡化[4

8、、冰浆制取[5

9、、医疗手术冷却[6]等领域。在对液膜闪蒸的研究中，0．Miyatake[7]发现闪蒸过程经历快速沸腾和表面蒸发阶段，指出闪蒸现象与液膜厚度和闪蒸室压力有关。D．Saury[81等人对不同厚度的水

10、膜闪蒸进行研究，给出蒸发量与过热度的关系，定性分析液膜厚度对闪蒸的