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研究生: 王宗憲
Tsung-Hsien ,Wong
論文名稱: 單佈性噴霧對等溫熱板之冷卻研究
Cooling with Monodisperse Sprays on an Isothermal Heated Surface
指導教授: 王訓忠教授
Dr. Shwin-Chung Wong
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: 噴霧冷卻單佈性
外文關鍵詞: spray cooling
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  • 本研究討論噴霧液滴對熱板之冷卻行為,藉由霧化器產生不同直徑的單佈性噴霧,實驗觀察不同液滴大小、初始板溫、液體體積流率及空氣體積流率對噴霧液滴冷卻熱板行為之影響,並分暫態與穩態來進行探討。
    在固定噴霧錐角及噴霧至熱板之距離,將單佈性噴霧噴在熱板上,記錄板面上的特定點溫度隨時間的變化,並利用顯微攝影系統拍攝熱板表面液滴汽化情形與液膜產生,以判定在不同液滴條件下,汽化現象的差異。改變的參數有:液滴直徑(35、50、75、100、150、200、 250、300及350μm)、初始板溫(80、100、120℃)、液體體積流率(5.94∼59.4μl/s)及氣體體積流率(2、5、8 L/min),實驗結果發現在小液滴(35~75μm)與中大液滴(100∼350μm)散熱效果差異很大,與蒸發行為有關。大液滴當液體體積流率過大時,便會開始累積液膜,散熱行違反而變差,初始板溫越高,溫度下降較快,且最終平衡溫度也較高。板溫在80℃、100℃時,散熱能力差異不大,液體體積較小(5.94μl/s)時能有效帶走熱量,液體體積流率較大(≧5.94μl/s)時搭配氣體體積流率增加也無法有效提昇,原因是液滴在熱板上方已經形成汽化,造成無法接觸到熱板表面。板溫在120℃時,在液體體積流率較大時(≧5.94μl/s)搭配適當氣體體積流率,能有效的帶走所有的熱量,在不產生液膜前提下,液體體積流率53.8μl/s、液滴直徑50μm及氣體體積流率8 L/min在120℃時帶走最大熱量150W,此時液膜厚度最佳。明顯在熱板溫度高於液體沸點並配合適當的氣體體積流率時,能大幅提昇散熱量。


    摘要……………………………………………………………………Ⅰ 目錄……………………………………………………………………Ⅲ 圖表目錄………………………………………………………………Ⅴ 第一章 緒 論…………………………………………………………1 1.1 前言………………………………………………………………1 1.2 液滴對熱板冷卻文獻回顧………………………………………3 1.3 研究目的…………………………………………………………12 第二章 實驗架設與步驟…………………………………………… 14 2.1實驗量測與架設……………………………………………… 14 2.2 實驗步驟 ……………………………………………………… 14 第三章 結果與討論………………………………………………… 21 3.1 預備實驗量測……………………………………………………21 3.1.1.熱板表面溫度量測點的溫度差異…………………………21 3.1.2.氣相強制對流對熱板散熱的影響…………………………21 3.1.3.熱板系統損失熱量的量測…………………………………22 3.2 暫態冷卻實驗……………………………………………………22 3.2.1液體體積流率對表面溫度變化的影響…………………… 22 3.2.2液滴直徑大小對表面溫度變化的影響…………………… 23 3.2.3初始板溫對散熱之影響…………………………………… 23 3.2.4液膜累積對散熱之影響…………………………………… 26 3.3穩態散熱實驗……………………………………………………26 3.3.1不同液滴直徑與液體體積流率對散熱量的差異…………27 3.3.2 液滴衝擊散熱表面速度對散熱量影響……………………29 第四章 結論與未來建議…………………………………………… 31 4.1結論……………………………………………………………31 4.2未來建議………………………………………………………32 參考文獻………………………………………………………………33 表2.1 振動頻率與液體流量(Q)和液滴直徑(D)的對照表………… 36 表2.2 噴霧液滴尺寸與Orifice選用對照表……………………… 36 表 3.1 不同液體體積流率和液滴直徑的散熱量……………………37 表 3.2 不同液體體積流率和液滴直徑的散熱通量…………………37 表 3.3 不同氣體體積流率和液滴直徑的散熱量和散熱通量………38 圖1.1 噴霧冷卻優點………………………………………………… 39 圖1.2 IBM使用之噴霧冷卻…………………………………………39 圖1.3 SprayCool™噴霧冷卻結構圖………………………………… 40 圖1.4 SprayCool™噴霧冷卻產品…………………………………… 40 圖1.5 噴霧冷卻於其他產業之應用: (a)汽電共生廠用噴嘴來冷卻鍋爐中的熱斑………………………41 (b)熱塑及熱固成形機台……………………………………………41 (c)溫室冷卻及畜舍內溫……………………………………………42 (d)PVC管卻…………………………………………………………42 圖1.6 Film boiling impact 示意圖………………………………43 圖1.7 噴霧頻率對液滴汽化的影響…………………………………43 圖1.8不同的液膜型態產生不同的冷卻行為………………………44 圖1.9 液滴生命週圖…………………………………………………44 圖1.10 汽化效率與韋伯數關圖…………………………………… 45 圖1.11 噴霧冷卻與微熱管冷卻的差別…………………………… 45 圖1.12 設計結構作動原理………………………………………….46 圖1.13 噴嘴出口形狀……………………………………………….46 圖1.14 設計chip背面的表面結構………………………………..47 圖1.15 表面溫度量測示意圖……………………………………….47 圖2.1 霧化器簡圖……………………………………………………48 圖2.2 實驗錐角定義…………………………………………………48 圖2.3 (a)熱板系統結構剖面圖(b)熱板系統實體圖………………49 圖 2.4 熱電偶埋測點說圖.…………………………………………50 圖 3.1 液滴直徑為35μm時的三個埋設點溫度變化………………51 圖 3.2 液滴直徑為350μm時的三個埋設點溫度變化…………… 51 圖 3.3 空氣體積流率與散熱量關係圖………………………………52 圖 3.4 液體體積流率與表面溫度變化關係圖(D=35μm)……… 52 圖 3.5 液體體積流率與表面溫度變化關係圖(D=75μm)……… 53 圖 3.6 液體體積流率與表面溫度變化關係圖(D=150μm)………53 圖 3.7 液體體積流率與表面溫度變化關係圖(D=250μm)………54 圖 3.8液體體積流率與表面溫度變化關係圖(D=350μm)……… 54 圖 3.9噴霧直徑(D)與表面溫度變化關係圖(熱板初溫To=80℃)55 圖3.10噴霧直徑(D)與表面溫度變化關係圖(熱板初溫To=100℃)55 圖3.11不同初始溫度(T0)之表面溫度變化關係圖(D=35μm)……56 圖3.12不同初始溫度(T0)之表面溫度變化關係圖(D=75μm)……56 圖3.13不同初始溫度(T0)之量測點降溫曲線(D=150μm)……… 57 圖3.14不同初始溫度(T0)之量測點降溫曲線(D=250μm)……… 57 圖3.15不同初始溫度(T0)之量測點降溫曲線(D=350μm)……… 58 圖3.16 液滴直徑50μm液膜形成至累積圖………………………..58 圖3.16 液滴直徑150μm液膜形成至累積圖……………………….59 圖3.16不同體積流率下實驗與理論散熱量比較圖(To=80˚C)…… 59 圖3.17不同體積流率下實驗與理論散熱量比較圖(To=100˚C)……60 圖3.18不同表面溫度下實驗與理論散熱量比較圖(qa=2.5L/min)…60 圖3.19不同表面溫度下實驗與理論散熱量比較圖(qa=5L/min)……61 圖3.20不同表面溫度下實驗與理論散熱量比較圖(qa=8L/min)……61

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