激光器射流冲击冷却系统的模拟与实验

Ｋ） 空 气 的 强 制 对 流 传 热 系 数 约 为 ２ （ ・ ， Ｏ Ｗ／ ｍ
Ｋ） １ ０ｗ／ ｍ 一 ｏ （ ・Ｋ） 水 的 强 制 对 流 系 数 为 １０ ０ ， ０ ｗ／ ｍ Ｋ） １ ０ （ ・Ｋ） 而普 通单 相液 体 （ ・ 一 ５０ ０ ｗ／ ｍ ，
２１ ０ ０年第 ２期 总第 １４期 ７
低 温 工 程
ＣＲＹＯＧＥＮＩ ＣＳ
Ｎｏ ２ ２ Ｏ ． ０１
Ｓ ｍ Ｎｏ ７ ｕ ．１ ４
激 光器 射 流 冲击 冷 却 系统 的模 拟 与 实验
李德 睿 王 文
上海 ２ ０４ ． ０ ２０）
（ 海 交 通 大 学 制 冷 及 低 温工 程 研 究 所 上
ＬｉＤｅ ｕ Ｗ ａ ｇ Ｗ ｅ ｒｉ ｎ ｎ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ａ ｓ ａ Ｊ ｏｏ ｇＵ ｉｅｓ ｙ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ４ Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ ｈ ｎｃ ｇｎ ｅｉ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ｉ ｔ ｎｖ ｒｉ ，ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ２ ０， ｈｎ ） ｏ Ｍｅ ａＥ ｎ ａ ｎ ｔ
自由 表 面 射 流 冲 击 可 达 到 ５ ０ ０ Ｗ／ ｍ ０ （ ・Ｋ） 一
３ ０ （ ・ ， ００ ０ｗ／ ｍ Ｋ） 由此 可 以 看 出 射 流 冲击 换 热 作 为一种 高效 的局 部换 热 方式有 着 很好 的发 展前景 。
Ａｂ ｔａ ｔ Ａ ｘ ｅｉ ｎ ｏ ｅ ｍｐｎ ｅ ｎ ｏ ｌ ｇ ａ ｄ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｓｍｕａｉｎ ｗ ｓｄ ｎ ｅｏｅｅ — ｓｒ ｃ ： ｎ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｔｆｒｊｔｉ ｉｇ ｍｅ ｔｃ ｏｉ ｎ ｅｆ ｍａ ｃ ｉ ｌｔ ａ ｏ ｅｂ ｆｒ ｘ ｎ ｏ ｏ
摘
要： 对一种 紧凑 式矩形 阵列喷射 冷却 系统进 行 了系统 设计 、 喷射 性 能模拟 和 实验 。模拟 采 用
Ｅ ｌｒ ｎ模 型得 出射 流 两相 区相 界 面和 不 同壁 面温 差 下 的热 流 量及 其在 冷却 表 面 的 分 布 ； 过模 拟 ｕｅｉ ａ 通
和 实验 比较 ， 分析射 流 冲击冷却 的特 点及 适 用范 围 ， 并通过 实验 分析 了冷却表 面热流 量与壁 面温差 的
关 系 ， 及 该 设 计 系统 的 冷 却 能 力 。 以 关 键 词 ： 流 冷 却 热 流 密 度 射 模 拟 实验
中图分类 号 ： Ｋ ５ ． Ｔ ６ ７５
文 献标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ０ １ （０ ０）２０ ４ －５ １０ ４５ ６ ２ １ ０ －０ ６０
Ｓｍｕａｉｎａ ｄ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｓｒｊｔｉ ｉｇ ｍｅ ｔｃｏｉｇｓｓｅ ｉ ｌｔ ｎ ｘ ｅｉ ｎ ｆｌ ｅ ｅ ｏ ａ ｍｐｎ ｅ ｎ ｏ ｌ ｙｔｍ ｎ
约为 ３Ｗ／ ｍ （ ・ 一 １ （ ・ 水 的 自然 强 制 Ｋ） ０ ｗ／ ｍ Ｋ）
随着激 光器 件 的发 展 ， 大功率 激光 器件 的散热 也 成 为一个 迫切需 要解决 的问题 ， 高热 流密度 散热 需求
往往 在 １０Ｗ／ ｍ ０ ｃ 以上 … ， 展 高 热 流 密 度 散 热 技 发
Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｍｐｎ ｅ ｎ ｏ ｌ ｇ ｈ ａ ｕ ；ｉ ｌｔ ｎ；ｘ ｅｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ：ｊｔ ｉ ｉｇ ｍｅ ｔ ｏｉ ； ｅ ｔ ｘ ｓｍｕａｉ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｃ ｎ ｌ ｆ ｏ
１ 引 言
增 压 流过一 定形 状 的喷 嘴直接 喷射 到 被冷 却表 面 ， 由 于压 力大 、 流程 短会 在 被 冷 却 表 面形 成 液 膜 ， 因此 具 有 较 高的换热 效 率 。例 如 ， 空气 的 自然对பைடு நூலகம்流传 热 系数
对 流 传 热 系数 为 ２ ０ ｗ／ ｍ ０ （ ・Ｋ） １ ０ （ ・ 一 ０ ０ｗ／ ｍ
术 十分必 要 。对 于高 热流 密度环境 ， 液体冷 却和相 变
冷却 成为 强化散 热 的重要手 段 ， 目前相 关 的技术 中主 要 以微 通道 换热 、 流 冲击 冷 却 和 喷雾 冷 却 比较 多 。 射 其 中射流 冲击冷 却 和喷 雾 冷 却 能够 在 射 流 表 面形 成 较高 的换热 能力 ， 常 引人关 注 。 非
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