分散剂对纳米流体喷雾冷却传热特性影响的试验研究

（中国科学技术大学 热科学和能源工程系，合肥 230027）

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喷雾冷却是一种新兴、高效的散热方式，相较于传统热控方法，具有散热能力强、控温响应快、接触热阻小、流量需求少和过热度低等优点，在电子元器件热控方面具有广阔的应用前景［1-3］。Cader等［4］表明与风冷系统相比，采用喷雾冷却系统冷却芯片可降低结温和35%的功耗。程文龙等［5］在试验条件下，用纯水作为循环喷雾工质可以实现在85 ℃的平均壁面温度下，热通量达到360 W/cm2。试验工质的物理性质，如表面张力、黏度、热导率等，能够通过影响喷雾液滴、液膜和汽膜的动态行为来影响喷雾冷却的传热能力。

纳米流体是一种新型传热介质，由基底流体（如水、油或乙二醇）和均匀悬浮在其中的金属（金属氧化物）纳米颗粒混合而成。纳米颗粒的加入可以使得流体的导热系数大幅度提高［6］，这种改变流体热物性的特点使纳米流体在多个领域得到应用［7-8］。

在纳米流体喷雾冷却传热特性研究方面，现有的研究成果存在较大争议。一些研究者认为纳米流体能够强化喷雾冷却的传热效果［9-10］，并认为其强化原理在于纳米颗粒较大的比表面积提高了工质的导热能力，并且颗粒与热源表面之间的相互碰撞可以破坏热源表面的液体薄层，两方面因素的综合作用强化了对流传热和沸腾传热［11］。然而，另一些研究发现纳米流体不能有效强化喷雾冷却的散热能力，有时甚至会降低喷雾冷却的散热性能［12］。本试验室的前期工作发现水和氧化铝纳米流体在两相阶段时开始显现换热差异：随着表面温度的升高，氧化铝纳米流体的传热效果逐渐变差，并对传热造成负面影响［13-14］。……