R134a噴霧冷卻系統(tǒng)換熱性能研究

錢春潮徐洪波邵雙全田長青周光輝

（1中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所熱力過程節(jié)能技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100190；2中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院 鄭州 450007）

R134a噴霧冷卻系統(tǒng)換熱性能研究

錢春潮1，2徐洪波1邵雙全1田長青1周光輝2

（1中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所熱力過程節(jié)能技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100190；2中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院 鄭州 450007）

本文建立了以R134a為冷卻工質(zhì)的封閉式噴霧冷卻系統(tǒng)，研究了工質(zhì)過冷度、質(zhì)量流量和熱流密度對噴霧冷卻系統(tǒng)換熱性能的影響。其中，工質(zhì)過冷度由噴嘴入口前的過冷段控制，質(zhì)量流量通過變頻齒輪泵調(diào)節(jié)，熱流密度通過改變加熱電源電壓和電流控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在熱流密度和質(zhì)量流量保持不變時(shí)，改變過冷度對熱源表面溫度和換熱系數(shù)的影響并不明顯；在熱流密度和過冷度保持不變的條件下，系統(tǒng)存在一個(gè)臨界質(zhì)量流量值，在質(zhì)量流量達(dá)到臨界值之前，熱源表面溫度隨質(zhì)量流量的增大而降低，當(dāng)質(zhì)量流量高于臨界值時(shí)，熱源表面溫度隨質(zhì)量流量的增大而升高；當(dāng)質(zhì)量流量和過冷度保持不變時(shí)，存在一個(gè)熱流密度使液滴的蒸發(fā)量等于補(bǔ)充量，在此熱流密度下熱源表面系數(shù)能達(dá)到最大。

噴霧冷卻；傳熱系數(shù)；過冷度；熱流密度；質(zhì)量流量；R134a

近年來，隨著電子器件的小型化、集成化，局部的熱流密度越來越高，散熱問題日益突出，嚴(yán)重影響電子產(chǎn)品的可靠性以及使用壽命。以高功率固體激光器為例，其在使用過程中只有少部分能量轉(zhuǎn)化為激光，絕大部分能量轉(zhuǎn)化成廢熱，如果這些廢熱不能及時(shí)散發(fā)出去會(huì)嚴(yán)重降低激光光束質(zhì)量，甚至損害激光介質(zhì)［1－2］。所以解決高功率、高熱流密度電子設(shè)備的散熱問題尤其重要。很多研究表明，噴霧冷卻具有較高的換熱系數(shù)、較低的流量、冷卻均勻等優(yōu)點(diǎn)，因此噴霧冷卻技術(shù)是解決諸如此類電子設(shè)備散熱問題的一條有效途徑［3－4］。

噴霧冷卻換熱過程中包括多種換熱機(jī)制，如對流換熱、液膜蒸發(fā)換熱、核態(tài)沸騰和二次成核沸騰換熱等，而且影響噴霧冷卻性能的因素比較多，如噴嘴高度、噴射角度、霧滴速度、熱源表面粗糙度、熱流密度等［5－6］。Pautsch A G等［7］研究發(fā)現(xiàn)液膜的厚度對冷卻性能的影響較大，液膜過厚，阻礙換熱。王亞青等［8］發(fā)現(xiàn)當(dāng)噴嘴處于最佳高度時(shí)，傾斜角度越大換熱效果越佳，冷卻效果越好。Rini D P等［9］研究發(fā)現(xiàn)一定熱流密度下，增大液滴通量，可以降低熱源表面溫度。Lin L等［10］研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)熱源表面過熱度為定值，臨界熱流密度隨體積通量的增大而增大。Si Chunqiang等［11］研究發(fā)現(xiàn)閉式噴霧冷卻系統(tǒng)中，隨著噴嘴進(jìn)口壓力的增加換熱系數(shù)增加，熱源表面溫度降低。熱源表面越粗糙換熱特性越差，熱源表面刻微槽道可以有效提高散熱效果［12］。

R134a作為使用最廣泛的中低溫環(huán)保制冷劑，破壞臭氧潛能值為0，不過其全球變暖潛能值略高，但是由于良好的綜合性能，它在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍然將作為一種過渡工質(zhì)廣泛使用。因此，以R134a為冷卻工質(zhì)的噴霧冷卻系統(tǒng)在國內(nèi)外得到了較多的研究。

錢洋等［13］認(rèn)為噴霧冷卻系統(tǒng)以R134a作為冷卻工質(zhì)能夠滿足高功率電子元件散熱需求且具有穩(wěn)定的散熱能力，其研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流量保持不變時(shí)，增大熱流密度換熱系數(shù)先快速升高然后有所下降。Tan Y B等［14］建立了以R134a為冷卻工質(zhì)的噴霧冷卻系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)換熱系數(shù)高達(dá)39000 W／（m2·℃），此時(shí)熱流密度為145 W／cm2，熱源表面溫度為48℃。Hou Yu等［15］認(rèn)為R134a在噴霧冷卻系統(tǒng)中具有很好的換熱效果，并研究了體積流量對噴霧冷卻換熱性能影響，同時(shí)指出增大工質(zhì)體積流量可以增大臨界熱流密度，如體積流量為0.356 L／min時(shí)，最大臨界熱流密度為117.2 W／cm2且熱源表面溫度為46℃。Li Qiang等［16］研究了R134a噴霧冷卻系統(tǒng)中工質(zhì)體積流量對換熱系數(shù)的影響，當(dāng)流量小于1.6 L／min時(shí)，換熱系數(shù)隨著流量的增大而增大，當(dāng)流量超過1.6 L／min后，繼續(xù)增大流量對換熱系數(shù)的影響并不明顯。Hsieh S S等［17］研究了非沸騰區(qū)R134a的液膜厚度，當(dāng)質(zhì)量通量在1.33～1.4 kg／（m2·s）之間時(shí)，液膜厚度在0.95～1.35 mm之間。Eduardo Martínez?Galván等［18］研究了熱源表面粗糙度對R134a噴霧冷卻性能的影響，并指出液膜厚度與努塞爾特?cái)?shù)存在一定的關(guān)系。

本文建立了以R134a為冷卻工質(zhì)的閉式噴霧冷卻系統(tǒng)，主要研究過冷度、工質(zhì)質(zhì)量流量、熱流密度影響噴霧冷卻性能的規(guī)律，以便于噴霧冷卻系統(tǒng)選擇合適的運(yùn)行工況。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

如圖1所示，噴霧冷卻系統(tǒng)主要由動(dòng)力裝置、噴霧換熱裝置、輔助制冷裝置以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。其中動(dòng)力裝置主要由一齒輪泵提供循環(huán)動(dòng)力，其轉(zhuǎn)速可由變頻器調(diào)節(jié)。噴霧換熱裝置為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，主要由噴嘴、噴霧室及模擬熱源等構(gòu)成，在噴嘴的進(jìn)口及噴霧室分別設(shè)置熱電偶及壓力傳感器測量相關(guān)溫度及壓力信息。輔助制冷裝置包括冷水機(jī)組、冷凝段、保證泵進(jìn)口制冷劑為全液態(tài)的過冷段1以及調(diào)節(jié)噴嘴進(jìn)口前制冷劑過冷度的過冷段2、儲(chǔ)液器、干燥過濾器等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由質(zhì)量流量計(jì)、壓力傳感器、熱電偶、數(shù)據(jù)采集器和電腦等組成。本實(shí)驗(yàn)所采用的噴嘴霧化錐角為60°，口徑為0.83 mm，安裝高度10.4 mm，霧化顆粒直徑在70～90 μm范圍內(nèi)。其他主要器件的詳細(xì)信息如表1所示。

圖1 噴霧冷卻系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the experimental system

表1 主要實(shí)驗(yàn)器件參數(shù)Tab.1 The detail information of experimental devices

該系統(tǒng)的循環(huán)過程為：工質(zhì)R134a從儲(chǔ)液罐流經(jīng)過濾器和過冷段1進(jìn)入齒輪泵，然后工質(zhì)通過質(zhì)量流量計(jì)和過冷段2進(jìn)入噴嘴，經(jīng)噴嘴霧化后成為霧滴，進(jìn)入噴霧室并噴射到熱源表面進(jìn)行換熱，工質(zhì)冷卻熱源后的成氣液兩相態(tài)或氣態(tài)從噴霧室底部流出，經(jīng)過冷凝段冷凝成液態(tài)后流入儲(chǔ)液器，進(jìn)行再次循環(huán)。實(shí)驗(yàn)過程中噴霧范圍能完全覆蓋熱源表面。

模擬熱源結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部熱電偶布置，如圖2所示，制作熱源材料為紫銅，圓柱體底座直徑為42 mm，在底座內(nèi)部均勻排布5根加熱棒，底座通過45°錐臺(tái)漸變成直徑為12 mm的圓柱體，直徑12 mm的圓柱體上端面為熱源表面，該結(jié)構(gòu)具有較好的一維導(dǎo)熱性［14］。

圖2 熱源結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Heat source structure

熱源與噴霧室接觸處添加聚四氟乙烯隔熱墊，熱源四周包裹20 mm厚絕熱材料防止向環(huán)境漏熱。為了測得溫度參數(shù)，沿?zé)嵩摧S線方向，在距離換熱表面3 mm、6 mm、9 mm處各布置一個(gè)熱電偶，所測溫度值分別為T1、T2、T3，并根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱定律計(jì)算出熱流密度值。

1.2 數(shù)據(jù)處理及誤差分析

熱源表面溫度及換熱系數(shù)是衡量換熱性能的重要指標(biāo)，尤其是熱源表面換熱系數(shù)，所以本文主要研究工質(zhì)過冷度，工質(zhì)質(zhì)量流量以及熱流密度對熱源表面溫度和傳熱系數(shù)的影響。根據(jù)熱源結(jié)構(gòu)和隔熱處理措施，忽略熱源徑向的溫度變化，熱源內(nèi)部導(dǎo)熱看作軸向的一維導(dǎo)熱問題。通過熱源內(nèi)部熱電偶測得溫度數(shù)值結(jié)合傅里葉定律利用公式（1）計(jì)算出熱源的熱流密度，利用公式（2）計(jì)算出熱源表面溫度。通過壓力傳感器測出噴霧室內(nèi)壓力，然后得到R134a在此壓力下對應(yīng)的蒸發(fā)溫度，利用公式（3）計(jì)算出換熱系數(shù)。

式中：q為熱流密度，W／cm2；λ為紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)，W／（m·℃）；δ1為T1、T2測點(diǎn)之間的距離，mm。

式中：Tsur為熱源表面溫度，℃；δ0為T1測點(diǎn)和熱源表面間的距離，mm。

式中：α為換熱系數(shù)，W／（m2·℃）；Tsat為噴霧室的蒸發(fā)溫度，℃。

熱電偶的測量誤差為±0.1℃，相鄰熱電偶間距離的測量誤差為±0.02 mm。通過方程（4）～方程（7）可計(jì)算得到熱流密度q、熱源表面溫度Tsur及換熱系數(shù)α的相對誤差值［19］：

式中：φq為q的相對誤差，%；ΔT1為T1、T2的測量誤差，℃；ΔT2為T2的測量誤差，℃；Δδ1為T1、T2兩測點(diǎn)間距離的測量誤差，mm。

式中：φT為Tsur的相對誤差，%；Δδ0為測點(diǎn)T1與熱源表面間距離的測量誤差，mm。

式中：φα為α的相對誤差，%；φTs為Tsat的相對誤差，%。

φTs由方程（7）計(jì)算得出：

式中：n為測量次數(shù)；Tp為多次測量后得出的平均蒸發(fā)溫度，℃；ΔTsat，i為每次測得蒸發(fā)溫度所產(chǎn)生的相對偏差，℃。計(jì)算出φTs相對誤差值為±3.7%。

通過計(jì)算，得到熱流密度、熱源表面溫度、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的誤差分別為±2.9%、±5.5%、±6.4%。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在噴霧冷卻過程中，噴霧室及熱源本身向周圍環(huán)境的散熱量很小，可以忽略不計(jì)，因此熱源的絕大部分熱量被工質(zhì)帶走。本文用熱源表面溫度Tsur和傳熱系數(shù)α表征噴霧冷卻系統(tǒng)換熱性能的強(qiáng)弱，下面主要分析過冷度、質(zhì)量流量、熱流密度分別對熱源表面溫度和傳熱系數(shù)的影響。

2.1 過冷度對換熱性能的影響

工質(zhì)質(zhì)量流量為3.0 kg／h，熱流密度為48.9 W／cm2時(shí)，只改變過冷度Tsub，其他條件均保持不變。圖3（a）和（b）分別表示熱源表面溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨過冷度的變化。過冷度由0℃增大到6.0℃，噴霧室壓力為370 kPa，熱源表面溫度僅僅降低了1.4℃左右，換熱系數(shù)略微升高約900 W／（m2·℃）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明單純增大過冷度并不能明顯提高噴霧冷卻系統(tǒng)的換熱性能。由于工質(zhì)過冷度增大，提供的顯冷量增加，且對流換熱溫差增大，增加了對流換熱量。但是過冷度增大提供的顯冷量遠(yuǎn)小于工質(zhì)相變提供的潛冷量，即增大過冷度所增加的冷量在總冷量中所占的比例很小，所以增大工質(zhì)過冷度不能顯著提高換熱性能。

圖3 過冷度對熱源表面溫度和換熱系數(shù)的影響Fig.3 The effect of subcooling degree on heat surface temperature and heat transfer coefficient

2.2 質(zhì)量流量對換熱性能的影響

熱流密度和工質(zhì)過冷度分別為38.1 W／cm2和3℃，只改變工質(zhì)質(zhì)量流量。實(shí)驗(yàn)過程中噴霧室內(nèi)的壓力是因變量，即噴霧室壓力由熱流密度，質(zhì)量流量，過冷度等共同決定，其變化規(guī)律與熱源表面溫度變化規(guī)律一致，所以本實(shí)驗(yàn)不著重強(qiáng)調(diào)噴霧室壓力。圖4 （a）和（b）分別表示熱源表面溫度和熱源表面換熱系數(shù)變化規(guī)律。隨著流量的增加，熱源表面溫度先降低隨后略有回升，對應(yīng)的換熱系數(shù)先上升然后下降。

圖4 質(zhì)量流量對熱源表面溫度和換熱系數(shù)的影響Fig.4 The effect of mass flow rate on heat surface temperature and heat transfer coefficient

當(dāng)質(zhì)量流量為1.0 kg／h時(shí)，工質(zhì)流速較小且噴射到熱源表面的工質(zhì)量較少，因此工質(zhì)經(jīng)噴嘴霧化成液滴噴射到熱源表面進(jìn)行換熱后全部呈氣態(tài)，出現(xiàn)前面的液滴已經(jīng)蒸干，后面的液滴還未補(bǔ)充上的現(xiàn)象，熱源表面會(huì)出現(xiàn)干涸區(qū)域，導(dǎo)致臨界熱流密度出現(xiàn)。所以熱源表面溫度高達(dá)48.7℃，而換熱系數(shù)僅有9.76 kW／（m2·℃）左右。隨著工質(zhì)質(zhì)量流量從1.0 kg／h增大到4.0 kg／h，單位時(shí)間內(nèi)噴射到熱源表面的液滴量增加，逐漸滿足熱源的散熱需求，熱源表面的干涸區(qū)面積逐漸減小，同時(shí)流量增大使液滴噴射速度增大，增強(qiáng)了對熱源表面液膜內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)的擾動(dòng)，強(qiáng)化了對流換熱，所以熱源表面溫度降低，換熱系數(shù)升高。當(dāng)質(zhì)量流量達(dá)到4.0 kg／h時(shí)，液滴的補(bǔ)充量與蒸發(fā)量相當(dāng)，得到最好的換熱效果，熱源表面溫度降低至29.9℃，換熱系數(shù)上升到最大值28.3 kW／（m2·℃）。當(dāng)質(zhì)量流量上升至6.0 kg／h，熱源表面溫度升高至33.5℃，換熱系數(shù)降低至19.97 kW／（m2·℃）。這是因?yàn)殡S著質(zhì)量流量的增大更多的液滴噴射到熱源表面，液滴的補(bǔ)充量增大，而液滴的蒸發(fā)量不變，所以過量的液滴在熱源表面堆積形成液膜，液膜厚度增加，蒸發(fā)換熱相對減弱，換熱方式以對流換熱為主。根據(jù)湍流模型的層流底層理論推測出熱源表面存在兩層液膜：底層液膜和上層液膜。底層液膜是工質(zhì)附著在熱源表面形成一層很薄的液膜，而且這層液膜的流動(dòng)速度很慢；上層液膜是處于底層液膜之上，厚度較厚且在液滴的沖刷下流動(dòng)速度較快的一層液膜。上層液膜阻礙了底層液膜蒸發(fā)，液膜厚度越厚，阻礙作用越大，熱源的熱量以熱傳導(dǎo)的方式傳遞給底層液膜，然后底層液膜將熱量傳遞給上層液膜，上層液膜以對流換熱的方式將熱量帶走，所以此過程中對流換熱代替了蒸發(fā)換熱成為主要的散熱方式。雖然質(zhì)量流量增大強(qiáng)化了對流換熱，但是換熱方式的改變以及熱阻的增大都阻礙了換熱，且阻礙作用大于促進(jìn)作用，所以換熱性能降低。

2.3 熱流密度對換熱性能的影響

圖5 熱流密度對熱源表面溫度和換熱系數(shù)的影響Fig.5 The effect of heat flux on heat surface temperature and heat transfer coefficient

在過冷度為3.0℃，質(zhì)量流量為3.0 kg／h的條件下，熱源表面溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)系數(shù)隨熱流密度的變化如圖5（a）和（b）所示。熱源表面溫度隨熱流密度的增大而升高 （如圖5（a）所示），熱流密度從27.8 W／cm2增加到53.8 W／cm2，熱源表面溫度由25.9℃上升至43.0℃。因?yàn)槔鋮s工質(zhì)的質(zhì)量流量是定值，在其他條件不變的情況下，增加熱流密度導(dǎo)致熱源內(nèi)部的熱量增多，在不改變其他條件的情況下，此部分增加的熱量，必然導(dǎo)致熱源表面溫度上升。

隨著熱流密度的增大，換熱系數(shù)先上升后下降（如圖5（b）所示）。隨著熱流密度從27.8 W／cm2增大到43.1 W／cm2，換熱系數(shù)從19010 W／（m2·℃）增大到23640 W／（m2·℃），熱流密度繼續(xù)增大到53.8 W／cm2，換熱系數(shù)則降低到18700 W／（m2·℃）。因?yàn)樵跓崃髅芏缺容^小的情況下，液滴的蒸發(fā)量小于液滴的補(bǔ)充量，熱源表面形成一定厚度的液膜，阻礙了相變換熱，而且增大了熱阻。而隨著熱流密度的增大，液滴蒸發(fā)量增大導(dǎo)致液膜厚度變薄，阻礙作用減弱且熱阻減小，換熱系數(shù)增大。隨著熱流密度的增大，液滴的蒸發(fā)量逐漸接近補(bǔ)充量，此時(shí)熱源表面上液膜足夠薄且剛好潤濕熱源表面，換熱系數(shù)最高。繼續(xù)增大熱流密度最終使液滴的蒸發(fā)量大于補(bǔ)充量，熱源表面局部區(qū)域出現(xiàn)干涸現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)減小。

3 結(jié)論

本文建立了以R134a為工質(zhì)的閉式噴霧冷卻系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了過冷度、質(zhì)量流量以及熱流密度對噴霧冷卻系統(tǒng)換熱性能的影響。主要結(jié)論如下：

1）在噴霧冷卻系統(tǒng)中，當(dāng)熱流密度和質(zhì)量流量為定值時(shí)，增大過冷度所提供的顯冷量遠(yuǎn)小于液滴相變提供的冷量，因此單純增大過冷度并不能明顯提高噴霧的冷卻性能。

2）當(dāng)熱流密度和過冷度為定值時(shí)，在質(zhì)量流量增大的過程中，熱源表面溫度先降低然后又上升，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)先升高然后降低，所以存在一個(gè)臨界質(zhì)量流量。在質(zhì)量流量未達(dá)到臨界值之前，增大質(zhì)量流量提供的液滴量漸漸滿足換熱需求，換熱性能提高；當(dāng)質(zhì)量流量達(dá)到臨界值時(shí)，剛好滿足換熱需求，換熱性能最佳；但是質(zhì)量流量超過臨界值后，熱源表面會(huì)形成較厚的液膜阻礙蒸發(fā)換熱，換熱性能降低。所以在噴霧冷卻系統(tǒng)中并不是流量越大換熱效果越好，而是要盡可能使質(zhì)量流量達(dá)到臨界值。

3）當(dāng)質(zhì)量流量和過冷度為定值時(shí)，熱源表面溫度隨著熱流密度增大而升高，然而表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)先上升后下降。因?yàn)橐旱蔚难a(bǔ)充量不變，熱流密度較小時(shí)，蒸發(fā)量小于補(bǔ)充量時(shí)熱源表面液膜較厚，增大熱流密度液膜厚度減小換熱系數(shù)增大；持續(xù)增大熱流密度最終會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)量大于補(bǔ)充量，熱源表面出現(xiàn)干涸區(qū)域，臨界熱流密度出現(xiàn)，換熱系數(shù)降低。

在此噴霧冷卻系統(tǒng)中，工質(zhì)的質(zhì)量流量控制液滴的補(bǔ)充量，熱流密度控制液滴的蒸發(fā)量。當(dāng)液滴的補(bǔ)充量與蒸發(fā)量相當(dāng)且熱源表面恰好被完全潤濕時(shí)，換熱系數(shù)最大。所以根據(jù)熱流密度適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)工質(zhì)的質(zhì)量流量能使噴霧冷卻系統(tǒng)的換熱性能達(dá)到最佳。

符號說明

n——測量次數(shù)

q——熱流密度，W／cm2

Tp——某一蒸發(fā)壓力下的平均蒸發(fā)溫度，℃

Tsat——噴霧室的蒸發(fā)溫度，℃

Tsur——熱源表面溫度，℃

ΔT1——T1的測量誤差，℃

ΔT2——T2的測量誤差，℃

ΔTsat——由蒸發(fā)壓力得到蒸發(fā)溫度產(chǎn)生的誤差，℃

α——換熱系數(shù)，W／（m2·℃）

δ0——T1測點(diǎn)和熱源表面之間的距離，mm

δ1——T1、T2測點(diǎn)之間的距離，mm

Δδ0——測點(diǎn)T1與熱源表面間距離的測量誤差，mm

Δδ1——T1、T2兩測點(diǎn)間距離的測量誤差，mm

φq——q的相對誤差，%

φT——Tsur的相對誤差，%

φT s——Tsat的相對誤差，%

φα——α的相對誤差，%

λ——紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)，W／（m·K）

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徐洪波，男，副研究員，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，（010）82543433，E?mail：hbxu＠m(xù)ail.ipc.ac.cn。研究方向：制冷空調(diào)新技術(shù)、微通道換熱、噴霧冷卻及熱泵技術(shù)。

About the corresponding author

Xu Hongbo，male，associate researcher，Technical Institute of Physics and Chemistry，CAS，＋86 10?82543433，E?mail：hbxu ＠m(xù)ail.ipc.ac.cn.Research fields：new technology of refrigera?tion and air conditioning，micro?channel heat transfer，spray cool?ing and heat pump technology.

Investigation on the Heat Transfer Performance of Spray Cooling System with R134a

Qian Chunchao1，2Xu Hongbo1Shao Shuangquan1Tian Changqing1Zhou Guanghui2

（1.Beijing Key Laboratory of Thermal Science and Technology and Key Laboratory of Cryogenics，Technical Institute of Physics and Chemistry，CAS，Beijing，100190，China；2.School of Energy and Environment Engineering，Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou，450007，China）

Water In order to investigate the influences of subcooling degree，mass flow rate and heat flux on the performance of the spray cooling system，a closed spray cooling system with R134a was built.The subcooling degree was adjusted by the subcooled section located before the nozzle inlet，the mass flow rate was controlled by the variable gear pump，and the heat flux was dominated by changing the voltage and current of the heating power.The experimental results indicated that，the variation of subcooling degree did not have significantly influence on the heat surface temperature and heat transfer coefficient as the heat flux and the mass flow rate were fixed.When the heat flux and the subcooling degree were constant，there existed a critical value of the mass flow rate，as the mass flow rate was smaller than the critical val?ue the heat surface temperature decreased with the mass flow rate increasing，on the contrary，the heat surface temperature would increase with the mass flow rate increasing when the mass flow rate exceeded the critical value.When the mass flow rate and the subcooled temper?ature kept constant，there also existed a heat flux value which made the evaporation capacity equal to the supplement of droplets，therefore the heat transfer coefficient could reach the maximum value.

spray cooling；heat transfer coefficient；subcooling degree；heat flux；mass flow rate；R134a

TK124；TB61＋2

A

0253－4339（2015）04－0001－07

10.3969／j.issn.0253－4339.2015.04.001

簡介

國家自然科學(xué)基金（51106170）資助項(xiàng)目。（The project was supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 51106170）.）

2014年11月24日