[發明專利]一種擺動噴霧冷卻實驗裝置

有效

• 申請號: 202110467139.7
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113281588B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 朱發興;蔣彥龍;趙可;李鑫;徐逸哲;袁杰;付越;門小凡;成劉婕;楊志鵬;周樂
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;B64F5/60
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明公開了一種擺動噴霧冷卻實驗裝置，包含實驗殼體、噴霧模塊、加熱模塊、回收模塊、擺動模塊、記錄模塊、測量模塊和控制模塊。噴霧模塊為冷卻液提供液壓傳動與控制，進行冷卻噴霧；擺動模塊模擬不同飛行姿態下工況，加熱模塊模擬熱源。本發明能夠考察工質霧化特性、冷卻介質熱物性、實驗殼體擺動參數對噴霧冷卻熱傳輸性能的影響；利用可視化技術對噴霧冷卻技術在靜態和動態運行工況的分析，探究噴霧冷卻系統在擺動激勵參數、噴霧高度、工質流量、加熱功率等多種因素耦合作用下的換熱特征。本發明結構簡單、加工成本低、易操作、可視化，能夠進行多種工質、工況下不同飛行姿態機載噴霧冷卻的模擬實驗與研究。

技術領域

本發明涉及噴霧冷卻技術領域，尤其涉及一種擺動噴霧冷卻實驗裝置。

背景技術

隨著能源優化型空間/航空器概念的推動，機載設備的電子元件向微型化、集成程度高、性能更快的方向發展，高度集成電路的航空/航天飛機被廣泛地設計與制造，飛行系統中需要先進地高度集成的車載電子/電氣設備。而緊湊型電子元件固有的熱交換表面積有限，電子部件的尺寸減小和運行速度提高是以增大熱擴散速率為代價，電子元件的工作性能和可靠性與其工作溫度直接相關，著名的“10℃法則”指出，半導體的工作溫度每上升10℃，其可靠性將會下降 50%，超過55%的電子設備失效的原因是設備溫度過高。因此，相應熱管理技術的開發是保證電子設備高效、穩定運行的關鍵。

常規的熱控制技術（風冷、液冷、液體蒸發）具有有限的熱通量去除能力，難以滿足當今高功率設備的散熱需求。需要高熱通量的散熱方法，以使流體系統可靠，高效地運行。噴霧冷卻已被公認為下一代電子/電氣組件的有效冷卻策略。在可接受的冷卻對象溫度范圍（80～125℃）下，它可以實現超高的通量散熱（102～103 W/cm2）。噴霧冷卻技術具有工質利用率高、臨界熱流密度大、換熱系數高、過熱度小、壁面溫度均勻性好、無沸騰滯后等優點，其工作原理是冷卻工質經噴嘴被霧化成無數大量細小且高速飛行的液滴，大量高速飛行的液滴持續對熱壁面沖擊，通過單相換熱和兩相換熱將大量熱量移除。噴霧冷卻以氟化物作為制冷劑可提供超過100 W/cm2的高熱通量，采用水作為制冷介質可提供高達1000 W/cm2的熱通量，同時允許在低冷卻液流量下嚴格控制溫度，不同的工質在噴霧冷卻技術下具有不同熱通量，對于各種工況具有較高的研究價值。

與大量的地面噴霧冷卻研究相比，面向航空航天的噴霧冷卻研究相對有限。盡管高空的低壓環境可以充分發揮制冷劑的潛熱，但是重力場的改變以及飛行器的飛行姿態多樣性和振動帶來額外的慣性力會引起液膜流動特征和換熱特性的改變。通過在軌和機載實驗可以獲得更準確的信息，但是價格昂貴；而數值和理論方法又缺乏實際數據的參考和驗證。因此，未來仍主要利用地面模擬方法，著重研究模擬空間環境下液體動力學和傳熱之間的耦合效應，以加深空間復雜極端環境下噴霧冷卻技術熱傳輸性能的理解，從而有助于優化實際航空航天應用的運行條件。

飛行器上的裝備不僅要考慮噴霧冷卻霧化特性、壁面結構、冷卻工質熱物性、環境條件等固有參數的影響，還應考察噴霧冷卻系統在不同飛行姿態下的散熱性能（平飛、側飛、倒飛、搖擺、翻滾和振動等）。一種適用于模擬不同飛行姿態下，研究擺動噴霧冷卻實驗的裝置急需進行設計與研發。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種擺動噴霧冷卻實驗裝置。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種擺動噴霧冷卻實驗裝置，包含實驗殼體、噴霧模塊、加熱模塊、回收模塊、擺動模塊、記錄模塊、測量模塊和控制模塊；

所述實驗殼體為密閉空心柱體，包含上端面、下端面和側壁；實驗殼體內部設有隔板，將其內腔體分隔為上部的觀察腔體和下部的加熱腔體；實驗殼體的外壁設有轉動柱；

所述噴霧模塊包含儲液罐、第一微型高壓泵、前置過濾器、第一針型閥、第一流量計、輸入軟管、進液管、高度調節環和噴頭；