2。3。1 热表面温度 9

2。3。2 过热度 9

2。3。3 热流密度 10

2。3。4 换热系数 10

2。3。5 冷却工质汽化率 10

2。4 误差分析 11

3 多喷嘴喷雾相变冷却传热特性分析 13

3。1 喷雾相变冷却热表面温度分布特性 13

3。1。1 热流密度对温度均匀性的影响 13

3。1。2 工质流量对温度均匀性的影响 16

3。2 不同进口流量喷雾冷却的换热特性分析 19

3。2。1 流量对热流密度的影响 19

3。2。2 流量对表面换热系数的影响 20

3。3 不同热流密度喷雾冷却的换热特性分析 23

3。4 喷雾相变冷却中工质汽化率的特性分析 25

结论 30

致 谢 31

参 考 文 献 32

1 引言

1。1 课题研究背景

冷却技术现已在各行业的生产生活当中得到了广泛的应用，其中在大功率激光技术、电 子器件散热、材料热处理等领域较为普及。但是由于产品的功率越来越高，所带来的冷却技 术问题也变得越来越严峻。

大功率激光技术在激光雷达、光电对抗等国家安全领域有重大的应用潜力，是近年国际 上最大的热点之一。然而，随着激光器的功率越来越高，热量在有限的空间内急剧增加，过 多的热量会导致晶体产生热应力和热透镜效应，由此而带来的一系列问题成为了大功率激光 技术所面临的最大挑战[1-4]。

电子器件在运行状态下由于热阻作用会累积一部分热量，这些热量会对器件的性能产生 影响。如果器件产生的热量积累过多而不能得到良好的散热，将会对器件的使用寿命和稳定 性造成严重的危害，所以对电子器件的冷却就显得至关重要[5-7]。现在众多冷却技术中应用比 较多的有自然对流散热、风冷散热、热管散热等技术。而随着集成电路技术和半导体技术的 发展，电子器件的体积越来越小型化，功率却越来越高，这就使得在其单位面积上积累的热 量逐渐增大，如果这些热量不能及时地散出去，甚至可达到飞行器返回大气层时因高速气流 摩擦而产生的热量值[8-9]。传统的冷却方式对大功率微电子器件的冷却效果有限，因此寻找一 种更加高效的冷却方式变得越来越紧迫。

针对上述大功率激光器和电子器件所面临的热控制问题，各国的研究人员始终在为寻找 更高效的换热冷却方式而努力，并取得了一些不错的进展，如射流换热技术、微通道换热技 术以及喷雾冷却换热技术[10-11]等。其中，喷雾冷却技术的换热效果最为突出，可以实现 100～ 1000w/cm2 甚至更高的换热效果。虽然微通道冷却和冲击射流冷却技术均具有换热系数大、 结构紧凑等优点，但两种冷却方式所涉及的影响因素相当复杂，同时存在着冷却不均匀的现 象，由此会影响激光器的发射效率[12-13]。而喷雾冷却技术除了换热效果更好之外，其在控制 热源表面的温度均匀性方面也有着更大的优势[14]。