Wpływ odsysania mieszaniny parowo-powietrznej na efektywność procesu chłodzenia strumieniem kropel

W pracy przedstawiono budowę stanowiska badawczego, metodykę pomiarów i obliczeń oraz wstępne wyniki badań doświadczalnych procesu chłodzenia podgrzewanej powierzchni strumieniem kropel wody, gdy powstająca mieszanina parowo-powietrzna jest odsysana z zamkniętej przestrzeni otaczającej grzejnik. Badania przeprowadzono dla trzech wariantów procesu chłodzenia grzejnika tj. przy zastosowaniu bocznego odsysania powstającej mieszaniny przestrzeni nad ogrzewaną powierzchnią, przy odsysaniu tej mieszaniny z wnętrza tej przestrzeni oraz w warunkach, gdy mieszanina powietrzno-parowa nie jest odsysana. Celem pracy jest analiza wpływu miejsca odsysania mieszaniny parowo-powietrznej oraz czasu na intensywność procesu odparowania filmu wodnego. Eksperyment przeprowadzono dla temperatury podgrzewanej powierzchni wynoszącej 90°C. Na podstawie analizy wstępnych wyników badań doświadczalnych oszacowano, że odsysanie mieszaniny parowo-powietrznej z wnętrza przestrzeni zwiększa intensywność odparowania chłodziwa (wody) o około 5÷30%, gdy czas chłodzenia wzrasta trzykrotnie. Zmiana miejsca odsysania mieszaniny parowo-powietrznej nie zmienia istotnie intensywności odparowania filmu wodnego.

Pełny tekst (pdf)

1. Deng Y., Liu J.: A liquid metal cooling system for the thermal management of high power LEDs, Int. Comm. Heat Mass Transfer, 37 (2010) 788-791.
2. Hsieh S-S., Luon S-Y.: Droplet impact dynamics and transient heat transfer of a micro spray system for power electronics, Int. J. Heat Mass Transfer, 92 (2015) 190-205.
3. Jha J.M., Ravikumar S.V., Tiara A.M., Sarkar I., Pal S.K.: Ultrafast cooling of a hot moving steel plate by using alumina nanofluid based air atomized spray impingement, Applied Thermal Eng., 75 (2015) 738-747.
4. Kim J.: Spray cooling heat transfer: The state of the art, Int. J. Heat Fluid Flow, 28 (2007) 753-767.
5. Lai Y., Cordero N., Barthel F., Tebbe F., Kuhn J., Apfelbeck R.: Liquid cooling of bright LEDs for automative applications, Applied Thermal Eng., 29 (2009) 1239-1244.
6. Lin C., Chen C.J., Chieng C.C., Tseng F.G.: Dynamic effects of droplet impingement on nanotextured surface for high efficient spray cooling, Int. Conf. Transducers’11, Beijing 2011.
7. Lin S-M., Liu H-F., Wang W-R., Lee S.Y., Cheng C-Y., Li C-Y.: Optimum design and heat transfer correlation equation of a mini radiator with jet impingement cooling, Applied Thermal Eng., 89 (2015) 727-737.
8. Panão M.R.O., Correia A.M., Moreira A.L.N.: High-power electronics thermal management with intermittent multijet sprays, Applied Thermal Eng., 37 (2012) 293-301.
9. Panão M.R.O., Moreira A.L.N., Durao D.F.G.: Thermal-fluid assessment of multijet atomization for spray cooling applications, Energy, 36 (2011) 2302-2311.
10. Ravikumar S.V., Jha J.M., Sarkar I., Pal S. K., Chakraborty S.: Enhancement of heat transfer rate in air-atomized spray cooling of a hot steel plate by using an aqueous solution of non-ionic surfactant ethanol, Applied Thermal Eng., 64 (2014) 64-75.
11. Şeşen M., Demir E., İzci T., Khudhayer W., Karabacak T., Koşar A.: Submerged jet impingement cooling using nanostructured plates, Int. J. Heat Mass Transfer, 59 (2013) 414-422.
12. Sobczak M., Zapałowicz Z.: Badania wstępne wpływu odsysania mieszaniny parowo-powietrznej na efektywność wymiany ciepła między grzaną powierzchnią a chłodziwem, ZN PRz Mechanika, 31 (2014) 249-256.
13. Somasundaram S., Tay A.A.O.: A study of the effect of exit boundary conditions on the performance of a spray cooling system, 12th Electronics Packaging Technology Conference, Singapore 2010.
14. Somasundaram S., Tay A.A.O.: Comperative study of intermittent spray cooling in single and two phase regimes, Int. J. Thermal Sci., 74 (2013) 174-182.
15. Tan Y.B., Xie J.L., Duan F., Wong T.N., Toh K.C., Choo K.F., Chan P.K., Chua Y.S.: Multi-nozzle spray cooling for high heat flux applications in a closed loop system, Applied Thermal Eng., 54 (2013) 372-379.
16. Tinger J., Sedeh M.M., Sharpe T., Bufford A., Floyd T.-Smith: Analysis of a platform for thermal management studies of microelectronics cooling methods, Applied Thermal Eng., 60 (2013) 88-95.
17. Vondran G., Makris K., Fragopoulos D., Papadas C., Kumari N.: Thermal performance of inkjet-assisted spray cooling in a closed system, 13^th IEEE ITherm Conf., San Diego 2012.
18. Wang J-X., Li Y-Z., Zhang S-N., Mao Y-F., Zhang Y-N.,Liang Y-H.: Investigation of a spray cooling system with two nozzles for space application, Applied Thermal Eng., 64 (2014) 64-75.
19. Xie J.L., Tan Y.B., Duan F., Ranjith K., Wong T.N., Toh K.C., Choo K.F., Chan P.K.: Study of heat transfer enhancement for structured surfaces in spray cooling, Applied Thermal Eng., 59 (2013) 464-472.
20. Zhang Z., Li J., Jiang P-X.: Experimental investigation of spray cooling on flat and enhanced surfaces, Applied Thermal Eng., 51 (2013) 102-111.