为了获得相变喷雾冷却特性,设计并搭建了以R22为冷却剂的闭式循环喷雾冷却实验平台,研究了制冷剂R22的相变喷雾冷却性能。实验在喷雾高度为22 mm、喷雾腔压力维持在0.34MPa、喷嘴入口温度保持在-3℃的条件下进行。实验结果表明：当维持喷嘴入口压力为定值时,随着加热功率的增大,热流密度增大,表面换热系数先快速升高但在接近临界热流密度时有所下降;当调节入口压力时,随着喷嘴入口压力从0.6MPa升高至1.0MPa,临界热流密度呈现出先升高后降低的趋势;当入口压力为0.8MPa时,系统所能达到的临界热流密度最高,为276.1W.cm-2,相应的喷雾冷却壁面温度为26.8℃,说明当使用R22为喷雾介质时,文中实验系统具有高热流密度及低冷却表面温度的显著特点。

15CrMo管材在抽检过程中多次出现延伸率不达标，抗拉强度、屈服强度偏高的现象。对不合格的管材进行热处理并取样分析，根据试验结果进行管件成型，最终确定管件的热处理工艺试验方案：（1）正火温度为（940±10）℃，保温60min，然后喷雾冷却；（2）回火温度为（690±10）℃，保温120min，然后空冷。热处理后做拉伸试验，15CrMo管件的抗拉强度为505—510MPa，屈服强度为310—335MPa，延伸率I〉29％，管件成型温度为850—900℃。

为研究扇形雾化喷嘴结构对喷雾冷却性能的影响,建立了喷雾冷却的数学模型和物理模型,利用FLUENT流体分析软件分析得到了雾化场的液滴分布、速度分布以及液滴直径分布,以冷却速度和冷却均匀度作为参考指标,对比了不同结构参数的扇形喷嘴的喷雾冷却效果,得到了扇形雾化喷嘴的进气孔个数和进水孔直径对冷却效果的影响。结果表明在水流量与气压恒定的情况下,进气孔个数越多,冷却速度越快,冷却均匀度越好;在水流量与气压恒定的情况下,进水孔孔径越大,冷却速度越慢,冷却均匀度越好;钢板的温度变化呈非线性分布,随着喷雾冷却的进行,非线性逐渐减小。

针对热镀锌合金化炉冷却段冷却效果不佳的问题,采用数值模拟的方法对喷雾冷却装置进行传热优化。建立了单喷嘴喷雾冷却系统的物理模型和数学模型,利用FLUENT软件对喷雾区非稳态雾化场和温度场进行仿真分析,探究不同条件下雾化场液滴的分布、液滴速度和液滴直径的分布规律以及在钢板冷却过程中壁面温度的分布特征。结果表明,在滞止点以外的喷雾区域,液滴的分布更加均匀,并且液滴速度也更大。从喷雾中心区域到边缘区域,液滴的平均直径在不断减小。壁面的温度分布呈非线性变化,随着时间的增加,温度不均匀性减小。本研究所得结论为喷雾冷却的具体应用提供了理论基础和技术指导。

对低表面温度大流量无沸腾喷雾冷却技术进行了实验研究。实验以水作为冷却工质,在常温常压下进行,流量范围在0.65~1.1L/min间。发现在相同喷雾高度下,喷雾压力越大,喷雾传热性能越好;在一定喷雾高度范围内,喷雾在待冷却表面形成的圆正好与待冷表面相切时,传热性能最优。此时,喷雾压力0.46MPa条件下,表面温度仅31℃时,最大热流密度达到34W/cm2。

喷雾冷却可获得高效散热效果,本文以深入分析喷雾冷却性能影响因素为目标,对不同实心喷嘴在多种运行工况下的喷雾过程进行了模拟,并分析了喷雾冷却单相区的换热性能。CFD模拟与部分文献试验结果比较验证分析,表明模拟结果可作为深入分析压力旋流喷嘴喷射过程,以及优化其设计和运行的参考。

在闭式循环喷雾冷却试验系统上,以蒸馏水为工质,研究了喷雾流量、表面结构对喷雾冷却换热性能的影响。从对流换热和蒸发换热比例关系的角度,对试验数据进行了整理。结果表明,热流密度、换热系数、对流热流密度均随表面温度和流量的增加而增加;但蒸发换热份额却随表面温度的升高和流量的降低而增加。槽面强化换热的机理在于其较高的蒸发换热能力,但流量越大强化换热效果愈弱。分别对光面和槽面的数据进行了无量纲拟合,得到了各自反映蒸发换热特性的无量纲准则方程,可方便用于工程设计。

在闭式循环喷雾冷却系统上，以蒸馏水为工质，研究了表面结构、喷雾流量对喷雾冷却临界热流密度的影响。结果表明，相较于光滑表面，微槽表面可提升临界热流密度；因具有适当的槽深（0．3mm）和较窄的槽宽（0．2mm），No．2槽面的临界热流密度最大，在流量为18．0mL／min时，临界热流密度为175．7w／cm2，比光滑表面提升了59．1％，对应的液体蒸发率达91．4％；增加喷雾流量能大幅提升临界热流密度，特别是对槽面而言更是如此；流量从13．0mL／min增至23．0mL／min时，No．6槽面的临界热流密度由130．7W／cm2增至212．4W／cm2，相对增加了62．5％，同样情况下，光滑表面临界热流密度仅增加了43．6％。表面开槽可有效阻止液滴滚离待冷面，延长液滴停留时间，这是微槽面临界热流密度更大的根本原因。

喷雾冷却由于在较小的工质流量下可以实现很高的散热能力，在高热流密度散热、电子元器件热控等领域具有广阔的应用前景。针对较大面积的发热表面的温度控制和热量散出，本文建立闭式喷雾冷却循环系统，并选取板式多喷嘴阵列，对其在单相阶段瞬态和稳态时的换热特性进行研究。系统选取水为工质，冷却30mm ＆#215;30mm 的发热表面。试验中测试了板式多喷嘴阵列的雾化性能，并得出了在单相阶段时瞬态的温度变化曲线和不同体积流量下的喷雾冷却曲线。试验结果表明，板式多喷嘴阵列的雾化特性较为均匀，且喷雾冷却在单相阶段能达到较高换热性能，而流量对换热影响明显，在更大的流量下换热性能更显著。