喷雾冷却现象之研究中山大学机械与机电工程学系硕士论文研究生.PPTVIP

噴霧冷卻現象之研究 中山大學機械與機電工程學系 碩士論文 研究生: 方崇成 指導教授: 謝曉星 大綱 前言 背景與目的 文獻回顧 研究範圍 實驗設備 實驗方法及步驟 結果與討論 結論 前言 近年來，隨著IC製程蓬勃發展，元件製作越精微時，散熱就成為相當重大的問題。 如何將內部的熱量導出，進行冷卻，噴霧冷卻以迅速且有效率地冷卻之特性，被廣範地使用在許多精密工業上。 傳統以空氣對流的方式帶走熱量有限，在微小電子或機件上散熱不敷使用，故利用物質相變化能大量吸收潛熱的特性成為研究範圍，而噴霧冷卻在散熱方面有很極大的效率。 前言 噴霧冷卻的技術在現今工業上已經運用地十分廣泛。 利用液滴相變化散熱的好處是當熱平衡時，可以把表面溫度固定在同一溫度，不會有局部高溫的不均現象。 背景與目的 噴霧冷卻在工業上應用地十分廣泛，應用於需要迅速及大量把熱帶走，並保持在一定的溫度下，運用相當廣泛。 噴霧冷卻主要由液體轉變為氣體時，會帶走大量之熱量的特性，達到冷卻之目的。 實驗中以冷媒R-134a和純水進行噴霧冷卻效果，觀測其熱傳效果，並摸擬在IC及精密工業製程等情形下以噴霧技術增強熱傳效果。 背景與目的 噴霧冷卻會因平板表面溫度的高低不同而產生不同之機制，包含 (1)單相變化機制 (2)核化沸騰機制 (3)過渡沸騰機制 (4)薄膜汽化沸騰機制 由這四種機制所組成的曲線即代表著噴霧冷卻時在不同之表面溫度所能帶走之表面熱通量。 文獻回顧 Grissom and Wierum (1981)研究中發現，當液滴撞擊至加熱平板時，會在平板上方形成薄薄的一層液滴薄膜，此液滴薄膜厚度對沸騰熱傳影響顯著。 Chow et al.(1989)證明噴霧冷卻為利用相變化的原理可帶走加熱平面上之極高熱量的方法。 Oka et al.(1995)在池沸騰研究中也發現到在微重力下，有機液體和水之間也有著不同的沸騰現象和沸騰熱傳。意指在噴霧冷卻特性裡在水和有機液體之間也有著相似的差異性。 文獻回顧 Oliphant et al.(1998)提出，液滴的溫度越低，熱傳效率越差，使得液滴撞擊壁面後，薄膜厚度較大，所以會有較差的熱傳效果。此外，當表面溫度低於液體之沸點時，則熱傳效果會和液滴速度有關，速度越快，相對熱傳效果會越佳。 這幾年來隨著IC製程，航空溫控及太空之應用。Spray cooling愈來愈受到重視，特別是面對二十一世紀通信，資訊科技之相關電子元件之隔卻及製程冷卻。噴霧冷卻技術之研發有其迫切及亟需性，見參考文獻Chen et al.(2002) 及 Kearns et al.(2002)。 研究範圍 本研究探討以冷媒R-134a和水為工作流體之噴霧冷卻現象，探討不同韋伯數和不同過冷溫度下之噴霧冷卻效果，並描繪該熱傳曲線。 以(1)穩態(2)暫態兩種實驗方法進行，分析熱傳效果。 穩態方法包括 (a)核化沸騰 暫態方法包括 (a)暫態冷卻 (b)液晶。 實驗設備 本實驗是藉由加壓流體使噴嘴產生微噴霧，在不同的溫度範圍內，進行冷卻，並分析各溫度範圍內之熱傳效果。 噴霧系統 噴霧過程可分為兩部分來說明： 1、先將液體霧化成微小液滴 2、再將已霧化的液滴經由噴孔噴灑至指定的表面上，以達成 預定的噴霧形式及效果。 實驗設備 壓力控制系統 為準確控制通過噴嘴之液體壓力，採用兩段式調壓。 實驗設備 測試段 使用的測試容器為一耐壓容器，以不鏽鋼為材質製成的容器。 實驗設備 加熱系統 加熱器(一)(用於穩態和液晶) 實驗設備 加熱系統 加熱器(二)(用於暫態) 實驗設備 冷卻系統 恆溫水槽:由一數位控制(PID)冷卻器調整冷卻水的溫度，可依系統所需的壓力以及凝結器帶走的熱量來自動調整，而在冷卻水中加入乙二醇作為不凍液。 凝結器:所使用的冷凝器乃使用不繡鋼材製成，在內部在銅管製的冷凝盤管外接於恆溫水槽，而在冷凝盤管中則有冷卻水及乙二醇之混合流體在流動。 實驗設備 影像擷取系統 為拍攝液晶變色情形，以彩色(1/4”Panasonic)攝影機拍。 溫度量測儀器 是以T-type熱電偶線(型號：TT-T40-1000)來量取測段入口處的主流場溫度變化。(圖7) 液晶 該液晶隨溫度變化由無色變化至紅色、綠色、藍色。(圖8) 實驗方法與步驟 實驗中，我們採用兩種量測方式來進行實驗，分為以下兩種： (1) 穩態 (a) 核化沸騰