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喷淋降温技术原理及应用形式

发表日期:2022/1/27 11:51:55 来源:蒸发冷却团队 评论 总点击量:

喷淋降温技术原理

在喷淋系统中,喷嘴将水喷入到空气中形成细小的液滴,从而增加空气和水的接触面积;水离开喷嘴很快就破碎变成液滴进入空气中,并有各自的轨迹。在喷淋雾化过程中,液膜首先是破碎成丝带状,然后在作用力下继续破碎成为细小的液滴,其过程如图1所示。

图1 液滴雾化过程

目前普遍认可的是四个机理:液膜蒸发,强迫对流,表面核态沸腾,二次成核。前两个是单相换热区,其主要换热机理贯穿喷雾冷却的始终,后两个发生在两相换热区,图2为这四种换热机理的示意图。

图2 喷雾冷却换热机理示意图

(1)液膜蒸发

热源表面液体薄膜中液体分子的蒸发是无沸腾区换热的主要传热机制。如图3所示,液滴喷射到热源表面上,来不及蒸发和排开的液体会在热源表面上形成一层液体薄膜,这层液体薄膜厚度非常薄,通常只有几百微米。

图3 液滴冲击减薄液膜厚度降低热阻示意图

(2)强迫对流

如图4所示,当雾滴冲击热源表面时,雾滴将会在液膜内引起强烈扰动,并且由于雾化锥角的存在,大部分液滴的路径与液面有一个夹角,因而喷雾液滴对液膜有很明显的推动和冲刷作用,并且液滴速度越大冲击力越强,换热能力也越强。 图片

图4 液膜内强迫对流示意图

(3)表面核态沸腾

在喷雾冷却过程中,如图5所示,雾滴的动力使其可以穿透液膜,频繁地击打热源表面,加速气泡破裂并离开成核点位置,缩短气泡生命周期;另一个原因是:强迫对流对表面上的气泡有一定的冲刷作用,缩短了气泡停留在热源表面和新气泡产生的时间。

图5 液滴冲击对表面成核的影响示意图

(4)二次核化

在表面过热时,喷雾冷却过程中液膜内实际存在的气泡数基本上都要大于理论气化核心数目,即气泡核心并非都是在表面上生成的,也有很大一部分由重新回到液膜内的破碎气泡充当,此为“二次核化”。

喷淋降温技术应用形式

1.喷雾式蒸发冷却空调机组

如图6所示,其工作原理,外面的空气先经过垂直排水百叶进入集装箱,当外面的空气太冷时,外部空气与数据中心的回风混合,避免了寒冷的室外空气直接送入机房导致服务器关闭或产生结露;继而,经滤波器组进入蒸发冷却区,即喷雾系统开始喷雾,在空气通道中喷出细小的水雾,不仅制冷而且还增加了湿度。

图6 喷雾型蒸发冷却空调系统

2.  基于建筑结构的喷雾式蒸发冷却空调系统

目前在数据中心建设采用喷雾式直接蒸发冷却空调系统中无论是采用基于吊顶的(如图7)、还是采用直流式的以数据中心与数据机房紧挨的辅助建筑的壳体为基础的喷雾式直接蒸发冷却空调系统(如图8)都可以很好地满足喷雾式直接蒸发冷却空调系统的要求。

图7 基于建筑吊顶的数据中心喷雾式直接蒸发冷却空调系统

图8 基于辅助建筑的数据中心喷雾式直接蒸发冷却空调系统

3.  喷雾式蒸发冷凝空调系统

外布填料预冷式、喷雾式等几种方式,但是就换热的高效性而言,喷雾式蒸发冷凝技术因为其喷洒在冷凝器外盘管上的水是更小的雾状的小水珠颗粒(如图9所示)。

图9 喷雾式蒸发冷凝器


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