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《哈尔滨工业大学》 2019年
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氧化铝-水纳米流体的喷雾冷却散热实验研究

尹陈志  
【摘要】:经济快速发展,智能时代开启,大功率芯片、高端服务器等对散热的要求越来越高,现有的传统散热方式渐渐不能满足其需要。采用纳米流体作为喷雾冷却的工质是一种新型且高效的散热方案,因此对纳米流体喷雾散热性能进行研究已成为散热领域内的热点。本文主要采用实验的方法重点研究了氧化铝-水纳米流体的喷雾冷却性能。首先,搭建了一套可以调节实验参数的喷雾实验平台,并在平台上完成了去离子水的喷雾冷却实验。实验中主要采集导热柱不同截面的温度,再利用傅里叶定律得出热流密度来评价喷雾冷却的换热性能。与小流量的去离子水相比,大流量的去离子水在高壁温时对换热过程有大幅强化作用。本文还得到了不同流量、不同压力工况下的喷雾冷却曲线。在一定壁温范围内,增大流量可以促进散热过程,而增大压力对换热性能的提升作用有限。氧化铝-水纳米流体喷雾实验需要相对比较稳定的纳米流体工质。在影响氧化铝-水纳米流体稳定性的众多条件中,分散剂与纳米颗粒添加比例是一个关键因素。通过在试配制实验中设置不同的比例,发现比例为1.25时制备的流体稳定性相对最好。在此基础上,本文完成了三种不同浓度氧化铝-水纳米流体的制备,并对其稳定性进行了研究。同一时刻,不同浓度的氧化铝-水纳米流体的取样上层清液的对单色光的透射率是不同的,纳米流体浓度增大,其透过率呈现出减小的趋势。为了比较氧化铝-水纳米流体与去离子水在喷雾冷却性能上的区别,本文进行了不同流量工况下氧化铝-水纳米流体为工质时的喷雾实验,实验中的纳米流体浓度分别为0.1%、0.3%、0.5%。在低壁温区,与去离子水相比,氧化铝-水纳米流体对散热冷却过程有更好的强化作用。氧化铝-水纳米流体浓度越大,其对换热过程的强化就越明显;但在高壁温区,氧化铝-水纳米流体的散热效果并不总是优于去离子,甚至会比去离子水差。在这个壁温区域内,流量对换热过程影响很明显。在壁面温度高于95℃时,壁面换热过程主要由成核沸腾和液膜蒸发两种模式组成。在中低流量(35 L/h、40 L/h)下,纳米颗粒在发热壁面的沉积行为会弱化散热效果,实验中三种浓度氧化铝-水纳米流体(wt 0.1%、wt 0.3%、wt 0.5%)的散热热流变化趋势分别表现为缓慢升高、稳定持平、逐渐降低。但是在高流量(45L/h)下,三种浓度氧化铝-水纳米流体的散热热流密度都随着壁温升高而升高。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TB383.1;TK124

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