[发明专利]低温喷雾冷却实验装置及方法

权利要求书

1.一种低温喷雾冷却实验装置，其特征在于，

该实验装置包括喷雾腔（22）；喷雾腔（22）外层由内向外依次设置预冷通道（15）、真空层（14）、保温层（13）；所述预冷通道（15）内壁设置有使喷雾腔（22）和预冷通道（15）相通的入口，预冷通道（15）外壁设置有出口，出口通过管道依次穿过上述真空层（14）和上述保温层（13）与外部真空泵（19）连接；

上述喷雾腔（22）内安装有喷嘴（17）和热沉（18）；喷嘴（17）位于喷雾腔（22）水平方向中心，热沉（18）位于其正下方；喷雾腔（22）内部还安装有温度传感器（21）、压力传感器（3）、光源（20）、高速摄像机（16）和数据采集器（12）；数据采集器（12）与温度传感器（21）、压力传感器（3）以及高速摄像机（16）连接；

该实验装置还包括高压氮气瓶（1）；高压氮气瓶（1）出口通过减压阀（2）、压力传感器（3）后分别连接排空旁路（7）和液氮管路（9）两个支路；两个支路合并后与液氮池（10）入口连接；所述排空旁路（7）上设置截止阀（4），所述液氮管路（9）上依次设置截止阀（4）、液氮杜瓦罐（5）、低温电磁阀（8）；所述液氮池（10）出口经过流量计（11）后连接上述喷雾腔（22）内部的喷嘴（17）；所述流量计（11）与喷嘴（17）之间的管道依次穿过保温层（13）、真空层（14）、预冷通道（15）；上述液氮杜瓦罐（5）顶部接有泄压阀（6）和压力传感器（3）。

2.根据权利要求1所述的低温喷雾冷却实验装置，其特征在于：所述喷嘴（17）上方设有温度传感器（21）。

3.根据权利要求1所述的低温喷雾冷却实验装置，其特征在于：所述热沉（18）高度可调，热沉（18）顶面材料为紫铜，距热沉（18）顶面1mm处设有温度传感器（21），用于测量热沉表面温度，热沉顶面面积1 cm²。

4.根据权利要求1所述的低温喷雾冷却实验装置的方法，其特征在于包括以下过程：

在实验开始前，除泄压阀（6）之外所有阀门均处于关闭状态；

步骤一，首先开启光源（20）和高速摄像机（16），调整喷雾腔（22）内喷嘴（17）距热沉（18）顶面的距离，固定喷嘴高度，依次打开减压阀（2）和排空旁路（7）的截止阀（4），使氮气依次通过排空旁路（7）、液氮池（10）、流量计（11）、喷嘴（17）进入喷雾腔（22）内部，从而排除喷雾腔（22）内的空气；

步骤二，启动真空泵（19），维持喷雾腔（22）内压力在1 MPa附近，持续排空过程至喷雾腔（22）内空气完全置换成氮气；

步骤三，关闭排空旁路（7）上的截止阀（4），开启液氮管路（9）上的截止阀（4）和低温电磁阀（8），使液氮杜瓦罐（5）内的液氮在高压氮气的作用下排入液氮管路（9），液氮先经过液氮池（10）预冷至78 K附近，通过流量计（11）测量液氮进入喷嘴（17）时的体积流率，记录体积流率及喷嘴入口温度；

步骤四，为防止液氮经喷嘴喷出后直接气化，无法以液滴的形式撞击热沉（18）顶面进行换热，必须先向喷雾腔（22）内喷射液氮，降低喷雾腔（22）内部环境温度，待热沉（18）顶面温度降至80 K左右，喷雾腔（22）内压力稳定在设定压力时，记录喷雾腔内（22）压力及温度；

步骤五，逐渐增加热沉（18）的加热功率，直至热沉（18）顶面出现干涸，每次提高加热功率后要有足够时间确保温度稳定，并记录功率值及温度；

步骤六，当热沉（18）顶面出现干涸，加热功率开始随着热沉（18）顶面温度的增加而降低，为了防止烧毁设备，需及时关闭热沉（18）加热的电源，保持喷雾系统工作，直至热沉（18）顶面的温度回落至80 K时，停止数据记录，并关依次闭减压阀（2）、液氮管路（9）的截止阀（4）和低温电磁阀（8）。