應用自再濕潤流體於多種間歇性噴霧模式之冷卻系統之效益分析

Abstract

本研究將自再濕潤流體應用於多種模式之間歇性噴霧冷卻方法，對一大面積的加熱區域進行散熱，在不同種噴霧模式間，固定工作流體的耗損量，改變其使用之噴嘴數量、噴嘴的擺放位置，及不同噴頭間噴灑時序的配置，並使用高低兩種噴霧頻率進行實驗。在固定加熱功率下，比較使用水與自再濕潤流體之溫度表現以及平均熱傳率。在實驗中使用紅外線熱像儀紀錄加熱基板表面的溫度變化，藉此計算平均溫度與溫度振幅，並同時觀察噴霧後所形成之液膜的燒乾情形。 由實驗結果可知，使用自再濕潤流體時，不論噴霧是以多噴頭同步噴灑或是不同噴頭依不同時序噴灑，只要噴霧後能在加熱表面上形成被完整液膜，都可明顯觀察到逆Marangoni對流由冷端持續不斷地往熱端填補液體，延緩液膜燒乾的現象，進而造成比水要低的平均溫度與溫度振幅。然而，若噴霧期間高溫區域所受到的噴灑量過少，可能會導致液膜過薄或不完整，造成逆Marangoni對流效應不足以及時補充強烈的液膜蒸發所造成的液體消耗，進而導致溫度表現與水相差無幾。另一方面，不論使用水或自再濕潤流體，在噴頭數量固定的條件下，將一次的噴灑量分配到不同噴頭並進行時序上的配置，相較於所有噴頭同步噴灑，往往可造成較低的平均溫度與溫度振幅，及較高的平均熱傳率，此優勢在使用水時更為明顯。這是由於相同噴霧頻率與流體損耗率的條件下，多噴嘴同步噴灑，瞬時的噴霧動量雖較大，但噴霧時間較短，造成短時間內噴灑過多的流體，使部分流體來不及升溫就被排出形成浪費。此外，同步噴灑會對應到較長的噴霧間隔時間，造成表面溫度與熱傳容易因液膜燒乾而惡化，而使用水時，液膜的燒乾更早發生，導致溫度上升幅度更大，熱傳惡化更為嚴重。