[发明专利]脉冲式喷雾冷却装置及脉冲控制方法

说明书

本发明涉及一种脉冲式喷雾冷却装置及脉冲控制方法，模拟热源安装固定在密闭腔室内，模拟热源由受热铜块热沉电加热器构成，循环水部中恒温水浴的水通过微型水泵接过滤器，过滤器出来的去离子水通过电磁阀后通入腔室内，通过射流泵接喷嘴，喷嘴固定在喷嘴支架上，通过调节喷嘴支架来调节喷嘴的高度和倾斜角度，射流泵控制喷射压力，喷嘴在模拟热源正上方，数据采集仪采集模拟热源温度送计算机，计算机通过对电磁阀进行开和关频率控制对模拟热源进行脉冲式喷雾冷却。脉冲式喷雾冷却平均时间内在加热表面上形成的液膜厚度要更薄，热阻减小，脉冲式喷雾冷却可以通过改变质量流率、占空比、频率来调节，使加热面达到实际需要的温度。

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，特别涉及一种脉冲式喷雾冷却装置及脉冲控制方法。

背景技术

目前的实验装置常用封闭式喷雾冷却及测试装置，一种是喷雾冷却器，另一种是卧式回转筒熟球气水喷雾冷却机。

喷雾冷却在很多场合使用时，喷雾都必须穿越蒸汽才能到达加热面。穿越

的过程中，蒸汽流上升，而雾化的液体向下，与蒸汽流运动方向相反。这种情况一方面使得液滴的穿越速度下降，加强加热面液膜内的对流作用也就受到了影响。另一方面，雾化液滴与蒸汽接触后，也发生热交换，部分蒸汽冷凝附着在液滴表面，使液滴的直径变大，温度上升，对冷却有一定的影响。液膜较厚时，热阻较大，汽泡不但逸离时间长而且不易破裂，液滴撞击所造成的加强湍流的效果下降，因此会导致换热系数的下降，可以从减小液膜的厚度和减少液膜表面蒸汽浓度和蒸汽与喷雾液滴的相对速度角度出发考虑解决问题。

发明内容

本发明是针对现在喷雾冷却存在的问题，提出了一种脉冲式喷雾冷却装置，脉冲式喷雾冷是一个特定频率停止喷射和一个特定频率喷射的过程。可以简单概括为“喷一下，停一下，交替循环”，喷射时间加停喷时间为一个周期，占空比即为喷射时间占一个周期的百分比。脉冲式喷雾冷却可以通过改变质量流率、占空比、频率来调节，使加热面达到实际需要的温度。

本发明的技术方案为：一种脉冲式喷雾冷却装置，包括数据采集部、控制部、循环水部和喷射部四部分；

数据采集部包括数据采集仪和计算机；控制部包括电磁阀、电路控制箱和水泵；循环水部主要包括两个恒温水浴、管路和过滤器；喷射部包括喷嘴、射流泵、喷射支架，真空泵和模拟热源；

模拟热源安装固定在密闭腔室内，模拟热源由受热铜块热沉电加热器构成，电路控制箱输出信号控制加热器的功率，真空泵抽取密闭腔室内空气，第一个恒温水浴通过管路与腔室进行低温冷水循环；循环水部中第二恒温水浴的水通过微型水泵接过滤器，过滤器出来的去离子水通过电磁阀后通入腔室内，通过射流泵接喷嘴，喷嘴固定在喷嘴支架上，通过调节喷嘴支架来调节喷嘴的高度和倾斜角度，同时喷射的压力由射流泵来控制，喷嘴在模拟热源正上方，数据采集仪采集模拟热源温度送计算机处理后送控制电路，控制电路通过对电磁阀的开和关控制以达到对模拟热源进行脉冲式喷雾冷却。

所述热沉通过一层导热硅胶粘在受热铜块顶端，受热铜块周围包裹保温层，受热铜块内嵌有热电偶，嵌入受热铜块内的热电偶测量受热铜块的热流量和表面温度，所有测得的信号均通过数据采集仪输入计算机；另热电偶温度信号经 PID 温控，反馈至电路控制箱中调压器，从而控制加热器的功率，使受热铜块表面维持预定的温度；同时管路上的微型水泵由电路控制箱来控制其开启度，计算机通过控制电路板对电磁阀进行开关控制，在计算机上设置电磁阀的开合、开和关时间、控制频率参数。

所述脉冲式喷雾冷却装置的脉冲控制方法，控制电路采用16MHz晶振的ATmega328单片机控制系统，单片机控制系统输出脉冲控制信号给电磁阀，电磁阀为机械响应时间5ms高精度液动电磁阀，电磁阀关则停止喷嘴喷射，电磁阀开则进行喷射，喷射时间加停喷时间为一个周期，占空比即为喷射时间占一个周期的百分比，单片机控制系统根据模拟热源与腔体室内温度差计算占空比，对模拟热源进行周期脉冲喷雾冷却；