一种射流雾化冷却装置及方法

1.本发明属于散热设备技术领域，具体涉及一种射流雾化冷却装置及方法。


背景技术：

2.近年来，现代科学技术的飞速发展促使了一些具有高热流密度特征空间场景的大量涌现，如数据机房、通信基站、地下热力舱/化学反应室等，在传热散热方面，这些场景具有如下相似特征：
3.(1)所存在的与热力/电子/化学反应相关的设备/器件/装置趋于紧凑化、精密化、小型化，工作过程集中产生的热量无法及时转移，导致系统温度过高，会带来诸多问题，如电子元器件失效、热力设备材料老化甚至损坏、化学反应温度无法控制等，因此，解决场景的散热问题是维持这些系统持续稳定正常运行的必要前提；
4.(2)此类场景多为狭小密闭空间，散热介质供给有限，系统散热难度大、效果差、散热需求难以满足。针对存在于这些场景空间的相关热力设备、电子元器件、反应装置，实现空间的有效散热，保证它们的使用寿命和高效性能，至关重要。
5.传统的散热装置包括风冷散热和液冷散热2种。其中，风冷散热装置因价格低廉、设备简单最为常见，但其存在散热能力低、冷却效率差、能耗大，散热不均匀等缺点；相比风冷，液冷散热装置效率高，且节能降噪，但也存在价格昂贵、操作复杂等缺点。针对上述受限的散热空间场景，因通风能力或者冷源条件有限，单一的传统散热装置存在明显的局限性，无法满足散热需求。
6.新型散热装置中性能最好、最具有代表性的为蒸发式冷却散热装置。其原理是利用冷却液的气化吸收大量气化潜热进行散热，相比于风冷和水冷具有散热强度大，设备紧凑的优点，能满足空间、冷源受限场所的散热需求。蒸发式冷却散热装置中，冷却液喷淋方式和管道布置是影响冷却液利用效率和散热效果的两个最关键因素，但目前现有结构存在冷却液利用效率低、换热强度较弱的问题。


技术实现要素：

7.本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种射流雾化冷却装置，能减小和改善液粒尺寸，提高液粒蒸发率，同时，能有效解决冷却液喷淋不均的问题，提高冷却液利用效率，增强设备换热能力。
8.本发明还提供了一种应用上述射流雾化冷却装置的射流雾化冷却方法。
9.根据本发明第一方面实施例的射流雾化冷却装置，包括：壳体、送风机构、换热管道、射流雾化机构和供液机构，所述壳体设有风冷通道；所述送风机构用于向所述风冷通道送风；所述换热管道沿所述风冷通道的长度方向设置有多组换热管束，所述换热管束用于通入被冷工质；所述射流雾化机构在每组所述换热管束的迎风面设置一组射流雾化喷嘴，用于向所述换热管束输送冷却液；所述供液机构位于所述风冷通道的外侧并连接所述射流雾化机构，用于向所述射流雾化机构供给冷却液。
10.根据本发明实施例的射流雾化冷却装置，至少具有以下有益效果：
11.采用上述结构设置的射流雾化冷却装置，基于风冷通道设置换热管束以及射流雾化喷嘴，向换热管束内送入被冷工质的时候，即利用送风机构进行风冷降温，又利用利用射流雾化喷嘴喷淋冷却液，兼顾了风冷、喷淋冷却两种方式。采用射流雾化喷淋，能减小和改善液粒尺寸，提高液粒蒸发率。并且换热管束与射流雾化喷嘴对应设置多组，能有效解决冷却液喷淋不均的问题，使得换热管壁面液膜分布更均匀。因此，本发明中的射流雾化冷却装置通过改善冷却液喷淋方式和管道布置，显著提高了冷却液利用效率和散热能力，使运行更经济，结构更紧凑。
12.根据本发明的一些实施方式，每组所述射流雾化喷嘴与相对的所述换热管束之间保持有扩散间距。
13.根据本发明的一些实施方式，所述射流雾化喷嘴设有冷却液进口、连接所述冷却液进口的混合腔、连接所述混合腔的内腔以及连接所述内腔的喷嘴出口，所述混合腔的尺寸小于所述冷却液进口和所述内腔，并且所述混合腔的侧壁设有导通外部的空气进口。
14.根据本发明的一些实施方式，所述射流雾化喷嘴包括：喷嘴轴套，所述喷嘴轴套的内壁设有内径依次减小的第一周壁、第二周壁和第三周壁，并依次形成有第一台阶和第二台阶，所述第一周壁上设有第一孔道；喷嘴头座，所述喷嘴头座插接在所述喷嘴轴套内并位于所述第一孔道靠近所述第三周壁的一端，所述喷嘴头座的外周侧设有与所述第一台阶或所述第二台阶适配的第一定位台阶，所述喷嘴头座远离所述第三周壁的一端内凹设置有锥形的第一腔室，所述第一腔室远离所述第三周壁的一端设有第三台阶，所述第一腔室靠近所述第三周壁的一端设有外扩形的第二孔道；喷嘴芯部，所述喷嘴芯部插接在所述喷嘴头座内，所述喷嘴芯部的外周侧设有与所述喷嘴轴套定位的法兰结构以及与所述第三台阶适配的第二定位台阶，从而在所述法兰结构与所述第二定位台阶之间的区域与所述第一周壁之间形成第二腔室，所述喷嘴芯部沿靠近所述第三周壁的方向依次设置有第三腔室、第四腔室和第五腔室，所述第四腔室的截面尺寸小于所述第三腔室和所述第五腔室，所述第四腔室的侧壁设有连通所述第二腔室的第三孔道，并且所述第三腔室的截面尺寸小于所述第一腔室；所述射流雾化喷嘴通过所述第三腔室形成所述冷却液进口，通过所述第四腔室形成所述混合腔，通过所述第五腔室和所述第一腔室形成所述内腔，通过所述第二孔道形成所述喷嘴出口，通过所述第一孔道、所述第二腔室和所述第三孔道形成所述空气进口。
15.根据本发明的一些实施方式，所述供液机构包括：冷却液储罐；多个供给支路，所述供给支路分别连接一组所述射流雾化喷嘴，所述供给支路设有流量计、泵体、压力表和节流阀，所述流量计用于测量所述供给支路的初始冷却液流量，所述压力表用于测量所述节流阀输出端的冷却液压力。
16.根据本发明的一些实施方式，所述射流雾化冷却装置还包括冷却液回收机构，所述冷却液回收机构在所述风冷通道的出风端设置有脱水器以及回流管，所述脱水器用于捕获空气中的液粒，并通过所述回流管送入所述冷却液储罐。
17.根据本发明的一些实施方式，所述冷却液回收机构还设置有多个导流支路，所述导流支路沿所述风冷通道的长度方向分布，以使得每一组所述换热管束的背风面以及每一组所述射流雾化喷嘴的背风面均连接有一所述导流支路，所述导流支路连接所述冷却储罐，用以回收所述风冷通道内未蒸发的冷却液。
18.根据本发明的一些实施方式，所述换热管道在所述壳体上方设有上联箱、在所述壳体下方设有下联箱，所述上联箱的输入端设有第一温度检测组件，所述下联箱的输出端设有第二温度检测组件，所述换热管束连接于所述上联箱和所述下联箱之间。
19.根据本发明的一些实施方式，所述送风机构包括设于所述风冷通道一端的引风机和设于所述风冷通道另一端的排风机，每组所述换热管束沿所述风冷通道的长度方向和宽度方向布设有多排工质管。
20.根据本发明第二方面实施例的射流雾化冷却方法，采用上述任一种结构的射流雾化冷却装置对工质进行冷却，包括：启动所述送风机构，利用所述风冷通道两端的引风机、排风机控制风压和风量；通过所述换热管道的所述换热管束将被冷工质送入所述风冷通道，并启动所述供液机构和所述射流雾化机构，通过所述射流雾化喷嘴向所述换热管束表面喷洒冷却液，同时设置冷却液回收机构回收所述风冷通道的出风端的液粒以及所述风冷通道内未蒸发的冷却液；
21.在上述过程中，利用以下表达式计算冷却液的蒸发率，
[0022][0023]
其中，η为冷却液的蒸发率，mi为所述供液机构送入所述射流雾化喷嘴的冷却液总流量，m0为所述冷却液回收机构收集的冷却液总流量；
[0024]
利用以下表达式计算所述射流雾化冷却装置的换热量，
[0025]
q＝c
p
×m×
(t
in-t
out
)
[0026]
其中，q为换热量，c
p
为被冷工质定压比热，m为被冷工质总流量，t
in
为被冷工质输入所述换热管束时的温度，t
out
为被冷工质输出时的温度。
[0027]
根据本发明实施例的射流雾化冷却方法，至少具有以下有益效果：
[0028]
本发明中的射流雾化冷却方法，通过将被冷工质送入换热管束，能够通过风冷、液冷实现快速冷却，并且冷却过程以及射流雾化冷却装置的换热性能能够通过上述公式具体推算得出，便于直观判断换热冷却性能，基于射流雾化冷却装置的应用，使得被冷工质的冷却过程更经济。
[0029]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0030]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
[0031]
图1为本发明中射流雾化冷却装置的一种整体结构示意图；
[0032]
图2为本发明中射流雾化冷却装置的一种正视图；
[0033]
图3为本发明中射流雾化冷却装置的换热管束的一种分布示意图；
[0034]
图4为本发明中射流雾化冷却装置的壳体的一种进风端的结构示意图；
[0035]
图5为本发明中射流雾化冷却装置的射流雾化喷嘴的一种结构示意图。
具体实施方式
[0036]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0037]
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0038]
在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0039]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0040]
近年来，现代科学技术的飞速发展促使了一些具有高热流密度特征空间场景的大量涌现，如数据机房、通信基站、地下热力舱/化学反应室等，在传热散热方面，这些场景具有如下相似特征：
[0041]
(1)所存在的与热力/电子/化学反应相关的设备/器件/装置趋于紧凑化、精密化、小型化，工作过程集中产生的热量无法及时转移，导致系统温度过高，会带来诸多问题，如电子元器件失效、热力设备材料老化甚至损坏、化学反应温度无法控制等，因此，解决场景的散热问题是维持这些系统持续稳定正常运行的必要前提；
[0042]
(2)此类场景多为狭小密闭空间，散热介质供给有限，系统散热难度大、效果差、散热需求难以满足。针对存在于这些场景空间的相关热力设备、电子元器件、反应装置，实现空间的有效散热，保证它们的使用寿命和高效性能，至关重要。
[0043]
传统的散热装置包括风冷散热和液冷散热2种。其中，风冷散热装置因价格低廉、设备简单最为常见，但其存在散热能力低、冷却效率差、能耗大，散热不均匀等缺点；相比风冷，液冷散热装置效率高，且节能降噪，但也存在价格昂贵、操作复杂等缺点。针对上述受限的散热空间场景，因通风能力或者冷源条件有限，单一的传统散热装置存在明显的局限性，无法满足散热需求。
[0044]
新型散热装置中性能最好、最具有代表性的为蒸发式冷却散热装置。其原理是利用冷却液的气化吸收大量气化潜热进行散热，相比于风冷和水冷具有散热强度大，设备紧凑的优点，能满足空间、冷源受限场所的散热需求。蒸发式冷却散热装置中，冷却液喷淋方式和管道布置是影响冷却液利用效率和散热效果的两个最关键因素，但目前现有结构存在冷却液利用效率低、换热强度较弱的问题。
[0045]
为此，本发明提供了一种射流雾化冷却装置，能减小和改善液粒尺寸，提高液粒蒸发率，同时，能有效解决冷却液喷淋不均的问题，提高冷却液利用效率，增强设备换热能力。
[0046]
参照图1至图5所示，本发明一种实施例的射流雾化冷却装置，包括：壳体100、送风机构、换热管道、射流雾化机构和供液机构，壳体100设有风冷通道101；送风机构用于向风冷通道101送风；换热管道沿风冷通道101的长度方向设置有多组换热管束202，换热管束202用于通入被冷工质；射流雾化机构在每组换热管束202的迎风面设置一组射流雾化喷嘴402，用于向换热管束202输送冷却液；供液机构位于风冷通道101的外侧并连接射流雾化机
构，用于向射流雾化机构供给冷却液。被冷工质送入换热管道，并经换热管束202进入风冷通道101内，送风机构输送的空气横掠各组换热管束202，对被冷工质进行风冷。同时，供液机构向射流雾化喷嘴402输送冷却液，进而向换热管束202上喷洒雾化冷却液。
[0047]
采用上述结构设置的射流雾化冷却装置，基于风冷通道101设置换热管束202以及射流雾化喷嘴402，向换热管束202内送入被冷工质的时候，即利用送风机构进行风冷降温，又利用利用射流雾化喷嘴402喷淋冷却液，兼顾了风冷、喷淋冷却两种方式。采用射流雾化喷淋，能减小和改善液粒尺寸，提高液粒蒸发率。并且换热管束202与射流雾化喷嘴402对应设置多组，能有效解决冷却液喷淋不均的问题，使得换热管壁面液膜分布更均匀。因此，本发明中的射流雾化冷却装置通过改善冷却液喷淋方式和管道布置，显著提高了冷却液利用效率和散热能力，使运行更经济，结构更紧凑。
[0048]
在本发明的一些实施方式中，每组射流雾化喷嘴402与相对的换热管束202之间保持有扩散间距。这样可以使得雾化后的冷却液有充足的扩散空间，在扩散均匀之后再附着到换热管束202表面，使得换热管束202表面的冷却液膜分布更均匀。尤其是风冷通道101内设置有送风机构，在风力作用下雾化后的冷却液也会快速向换热管束202扩散，扩散间距的设置能够有效确保换热管束202与冷却液的均匀接触。因此，采用本实施例的结构设置，在喷淋方式上，不同于常规的喷淋方式，本发明采用射流雾化喷淋，冷却液被充分雾化成细小的、尺寸均匀的液粒，一方面可增大液粒与空气间的接触面积，强化液粒蒸发；另一方面可在换热管束202的外壁面形成更加均匀分布的薄液膜，避免换热管束202的壁面出现干区和过厚的液膜。进而具有换热强度大，冷却液利用效率高的优势。在结构上，本实施例采用射流雾化喷嘴402与换热管束202间隔布置的结构，液粒可很好地润湿换热管束202的表面，避免末排的换热管束202表面出现无液膜覆盖的情况，提高换热管道的换热效率。进而可使得整个射流雾化冷却装置更加紧凑。
[0049]
在本发明的一些实施方式中，射流雾化喷嘴402设有冷却液进口、连接冷却液进口的混合腔、连接混合腔的内腔以及连接内腔的喷嘴出口，混合腔的尺寸小于冷却液进口和内腔，并且混合腔的侧壁设有导通外部的空气进口。
[0050]
具体的，射流雾化喷嘴402包括喷嘴轴套4021、喷嘴头座4022和喷嘴芯部4023。喷嘴轴套4021的内壁设有内径依次减小的第一周壁、第二周壁和第三周壁，并依次形成有第一台阶40211和第二台阶40212，第一周壁上设有第一孔道40213。喷嘴头座4022插接在喷嘴轴套4021内并位于第一孔道40213靠近第三周壁的一端，喷嘴头座4022的外周侧设有与第一台阶40211或第二台阶40212适配的第一定位台阶40222，喷嘴头座4022远离第三周壁的一端内凹设置有锥形的第一腔室40223，第一腔室40223远离第三周壁的一端设有第三台阶40221，第一腔室40223靠近第三周壁的一端设有外扩形的第二孔道40224。喷嘴芯部4023插接在喷嘴头座4022内，喷嘴芯部4023的外周侧设有与喷嘴轴套4021定位的法兰结构以及与第三台阶40221适配的第二定位台阶，从而在法兰结构与第二定位台阶之间的区域与第一周壁之间形成第二腔室，喷嘴芯部4023沿靠近第三周壁的方向依次设置有第三腔室40231、第四腔室40232和第五腔室40233，第四腔室40232的截面尺寸小于第三腔室40231和第五腔室40233，第四腔室40232的侧壁设有连通第二腔室的第三孔道40234，并且第三腔室40231的截面尺寸小于第一腔室40223。从而通过第三腔室40231形成冷却液进口，通过第四腔室40232形成混合腔，通过第五腔室40233和第一腔室40223形成内腔，通过第二孔道40224形
成喷嘴出口，通过第一孔道40213、第二腔室和第三孔道40234形成空气进口。
[0051]
采用本实施例的结构设置，高速流动的冷却液从冷却液进口进入，在混合腔内，由于流道变窄，冷却液流速进一步增加，压力下降，空气从空气进口处被卷吸进入混合腔与冷却液混合，再进入内腔。空气与冷却液间产生摩擦，冷却液被分裂，空气与冷却液从喷嘴出口流出后，由于压力的再次改变以及环境空气的作用，被进一步雾化成细小液粒。并且采用上述结构设置，结构组成简单，安装方便。其中，为了方便喷嘴芯部4023装入喷嘴头座4022，喷嘴头座4022上的第一腔室40223在第三台阶40221靠近第三周壁的一端设置外扩结构，从而使得喷嘴芯部4023在装入时，既可以利用第三台阶40221进行定位与限位，又可以减少与喷嘴芯部4023的贴合面积。可以理解的是，射流雾化喷嘴402的喷嘴出口呈锥形，带有一定的角度，锥角大小决定喷雾锥角的大小。
[0052]
在本发明的一些实施方式中，每组射流雾化喷嘴402还设置有支架401，以实现射流雾化喷嘴402的固定。在壳体100为厢式结构的时候，即截面为矩形，支架401可以设置为十字形结构或者矩形框体结构。
[0053]
在本发明的一些实施方式中，供液机构包括：冷却液储罐502以及多个供给支路，供给支路分别连接一组射流雾化喷嘴402，供给支路设有流量计、泵体501、压力表和节流阀，流量计用于测量供给支路的初始冷却液流量，压力表用于测量节流阀输出端的冷却液压力。
[0054]
在本发明的一些实施方式中，射流雾化冷却装置还包括冷却液回收机构，冷却液回收机构在风冷通道101的出风端设置有脱水器602以及回流管601，脱水器602用于捕获空气中的液粒，并通过回流管601送入冷却液储罐502。
[0055]
进一步的，冷却液回收机构还设置有多个导流支路，导流支路沿风冷通道101的长度方向分布，以使得每一组换热管束202的背风面以及每一组射流雾化喷嘴402的背风面均连接有一导流支路，导流支路连接冷却储罐502，用以回收风冷通道101内未蒸发的冷却液。导流支路的汇集端也设置有流量计，以测量回收的冷却液流量。采用本实施例的结构设置，可以精准收集全部未蒸发的冷却液，并测量具体流量，再结合供给支路测得的流量，可以推算得到蒸发率。
[0056]
具体的，利用以下表达式计算冷却液的蒸发率，
[0057][0058]
其中，η为冷却液的蒸发率，mi为供液机构送入射流雾化喷嘴402的冷却液总流量，m0为冷却液回收机构收集的冷却液总流量。
[0059]
在本发明的一些实施方式中，换热管道在壳体100上方设有上联箱201、在壳体100下方设有下联箱203，上联箱201的输入端设有第一温度检测组件，下联箱203的输出端设有第二温度检测组件，换热管束202连接于上联箱201和下联箱203之间。利用检测到的被冷工质的温度变化，结合被冷工质的流量，可以推算得到换热量如下：
[0060]
q＝c
p
×m×
(t
in-t
out
)
[0061]
其中，q为换热量，c
p
为被冷工质定压比热，m为被冷工质总流量，t
in
为被冷工质输入换热管束202时的温度，t
out
为被冷工质输出时的温度。
[0062]
在本发明的一些实施方式中，送风机构包括设于风冷通道101一端的引风机301和
设于风冷通道101另一端的排风机302，每组换热管束202沿风冷通道101的长度方向和宽度方向布设有多排工质管。
[0063]
本发明还提出一种射流雾化冷却方法，采用上述任一种结构的射流雾化冷却装置对工质进行冷却，包括：启动送风机构，利用风冷通道101两端的引风机301、排风机302控制风压和风量；通过换热管道的换热管束202将被冷工质送入风冷通道101，并启动供液机构和射流雾化机构，通过射流雾化喷嘴402向换热管束202表面喷洒冷却液，同时设置冷却液回收机构回收风冷通道101的出风端的液粒以及风冷通道101内未蒸发的冷却液；
[0064]
在上述过程中，利用以下表达式计算冷却液的蒸发率，
[0065][0066]
其中，η为冷却液的蒸发率，mi为供液机构送入射流雾化喷嘴402的冷却液总流量，m0为冷却液回收机构收集的冷却液总流量；
[0067]
利用以下表达式计算射流雾化冷却装置的换热量，
[0068]
q＝c
p
×m×
(t
in-t
out
)
[0069]
其中，q为换热量，c
p
为被冷工质定压比热，m为被冷工质总流量，t
in
为被冷工质输入换热管束202时的温度，t
out
为被冷工质输出时的温度。
[0070]
本发明中的射流雾化冷却方法，通过将被冷工质送入换热管束202，能够通过风冷、液冷实现快速冷却，并且冷却过程以及射流雾化冷却装置的换热性能能够通过上述公式具体推算得出，便于直观判断换热冷却性能，基于射流雾化冷却装置的应用，使得被冷工质的冷却过程更经济。
[0071]
实施例1
[0072]
引风机设置于壳体内的左端(进风端)，排风机设置于壳体内的右端(出风端)。引风机和排风机的风压均为250pa，装置通风量为10100m^2/h，通入的空气整体上从壳体的左端往右端流动，横掠换热管束。换热管束竖直设于壳体内，沿风冷通道的长度方向分为三组，形成三组管束，相邻两组换热管束的垂直距离为0.5m。三组换热管束的管道均顺排排布，即上进下出。沿空气流动方向，即壳体左右方向，每组换热管束设置5排管道，每排管道沿壳体的前后方向设置20根，形成5*20的排布管束结构，并且左右前后相邻的管道之间间距为40mm。所有的管道上端与上联箱连接，下端与下联箱相连接，管道内部的被冷工质为水。单根换热管束的管径为20mm，管壁厚为2mm，长为1.2m。射流雾化喷嘴对应设置有三组，每组均由支架、射流雾化喷嘴和输液管道构成，每组射流雾化喷组与右侧相邻的换热管束之间的垂直距离为0.3m。支架竖直固定于壳体内部，外形为长方形，竖直方向尺寸为990mm，水平方向尺寸为720mm。射流雾化喷嘴固定于支架上，每组射流雾化喷嘴组有16个射流雾化喷嘴，呈4*4的矩阵分布在支架上，相邻喷嘴行间距为330mm，列间距为240mm，所有射流雾化喷嘴的出口均正对于换热管束，喷射方向一致。冷却液为水，射流雾化喷嘴间由输液管相连，雾化压力为0.7mpa，单个射流雾化喷嘴的流量为0.01kg/s，喷嘴出口锥角为30
°
。被冷工质流入射流雾化冷却装置时的温度为70℃，通过测得流出时被冷工质的温度以及总流量，通过前面实施例的公式可计算得出射流雾化冷却装置的总换热量，以此可以评估装置的换热能力。
[0073]
实施例2
[0074]
引风机设置于壳体内的左端(进风端)，排风机设置于壳体内的右端(出风端)。引风机和排风机的风压均为250pa，装置通风量为10100m^2/h，通入的空气整体上从壳体的左端往右端流动，横掠换热管束。换热管束竖直设于壳体内，沿风冷通道的长度方向分为三组，形成三组管束，相邻两组换热管束的垂直距离为0.5m。三组换热管束的管道均顺排排布，即上进下出。沿空气流动方向，即壳体左右方向，每组换热管束设置4排管道，每排管道沿壳体的前后方向设置30根，形成4*30的排布管束结构，并且左右前后相邻的管道之间间距为40mm。所有的管道上端与上联箱连接，下端与下联箱相连接，管道内部的被冷工质为水。单根换热管束的管径为20mm，管壁厚为2mm，长为1.2m。射流雾化喷嘴对应设置有三组，每组均由支架、射流雾化喷嘴和输液管道构成，每组射流雾化喷组与右侧相邻的换热管束之间的垂直距离为0.3m。支架竖直固定于壳体内部，外形为长方形，竖直方向尺寸为990mm，水平方向尺寸为1120mm。射流雾化喷嘴固定于支架上，每组射流雾化喷嘴组有20个射流雾化喷嘴，呈5*4的矩阵分布在支架上，相邻喷嘴行间距为330mm，列间距为280mm，所有射流雾化喷嘴的出口均正对于换热管束，喷射方向一致。冷却液为乙醇，射流雾化喷嘴间由输液管相连，雾化压力为0.7mpa，单个射流雾化喷嘴的流量为0.008kg/s，喷嘴出口锥角为30
°
。被冷工质流入射流雾化冷却装置时的温度为70℃，通过测得流出时被冷工质的温度以及总流量，通过前面实施例的公式可计算得出射流雾化冷却装置的总换热量，以此可以评估装置的换热能力。
[0075]
实施例3
[0076]
引风机设置于壳体内的左端(进风端)，排风机设置于壳体内的右端(出风端)。引风机和排风机的风压均为250pa，装置通风量为10100m^2/h，通入的空气整体上从壳体的左端往右端流动，横掠换热管束。换热管束竖直设于壳体内，沿风冷通道的长度方向分为三组，形成三组管束，相邻两组换热管束的垂直距离为0.5m。三组换热管束的管道均顺排排布，即上进下出。沿空气流动方向，即壳体左右方向，每组换热管束设置5排管道，每排管道沿壳体的前后方向设置20根，形成5*20的排布管束结构，并且左右前后相邻的管道之间间距为40mm。所有的管道上端与上联箱连接，下端与下联箱相连接，管道内部的被冷工质为水。单根换热管束的管径为20mm，管壁厚为2mm，长为1.2m。射流雾化喷嘴对应设置有三组，每组均由支架、射流雾化喷嘴和输液管道构成，每组射流雾化喷组与右侧相邻的换热管束之间的垂直距离为0.3m。支架竖直固定于壳体内部，外形为十字形，竖直方向尺寸为1200mm，水平方向尺寸为760mm。射流雾化喷嘴固定于支架上，每组射流雾化喷嘴组有11个射流雾化喷嘴，呈十字形分布在支架上，长边方向设置6个射流雾化喷嘴，短边方向设置4个射流雾化喷嘴，中心设置1个射流雾化喷嘴。长边方向相邻喷嘴间距为200mm，短边方向间距为190mm，所有射流雾化喷嘴的出口均正对于换热管束，喷射方向一致。冷却液为乙醇，射流雾化喷嘴间由输液管相连，雾化压力为0.7mpa，单个射流雾化喷嘴的流量为0.015kg/s，喷嘴出口锥角为45
°
。被冷工质流入射流雾化冷却装置时的温度为70℃，通过测得流出时被冷工质的温度以及总流量，通过前面实施例的公式可计算得出射流雾化冷却装置的总换热量，以此可以评估装置的换热能力。
[0077]
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：
1.一种射流雾化冷却装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体设有风冷通道；送风机构，所述送风机构用于向所述风冷通道送风；换热管道，所述换热管道沿所述风冷通道的长度方向设置有多组换热管束，所述换热管束用于通入被冷工质；射流雾化机构，所述射流雾化机构在每组所述换热管束的迎风面设置一组射流雾化喷嘴，用于向所述换热管束输送冷却液；供液机构，所述供液机构位于所述风冷通道的外侧并连接所述射流雾化机构，用于向所述射流雾化机构供给冷却液。2.根据权利要求1所述的射流雾化冷却装置，其特征在于，每组所述射流雾化喷嘴与相对的所述换热管束之间保持有扩散间距。3.根据权利要求1所述的射流雾化冷却装置，其特征在于，所述射流雾化喷嘴设有冷却液进口、连接所述冷却液进口的混合腔、连接所述混合腔的内腔以及连接所述内腔的喷嘴出口，所述混合腔的尺寸小于所述冷却液进口和所述内腔，并且所述混合腔的侧壁设有导通外部的空气进口。4.根据权利要求3所述的射流雾化冷却装置，其特征在于，所述射流雾化喷嘴包括：喷嘴轴套，所述喷嘴轴套的内壁设有内径依次减小的第一周壁、第二周壁和第三周壁，并依次形成有第一台阶和第二台阶，所述第一周壁上设有第一孔道；喷嘴头座，所述喷嘴头座插接在所述喷嘴轴套内并位于所述第一孔道靠近所述第三周壁的一端，所述喷嘴头座的外周侧设有与所述第一台阶或所述第二台阶适配的第一定位台阶，所述喷嘴头座远离所述第三周壁的一端内凹设置有锥形的第一腔室，所述第一腔室远离所述第三周壁的一端设有第三台阶，所述第一腔室靠近所述第三周壁的一端设有外扩形的第二孔道；喷嘴芯部，所述喷嘴芯部插接在所述喷嘴头座内，所述喷嘴芯部的外周侧设有与所述喷嘴轴套定位的法兰结构以及与所述第三台阶适配的第二定位台阶，从而在所述法兰结构与所述第二定位台阶之间的区域与所述第一周壁之间形成第二腔室，所述喷嘴芯部沿靠近所述第三周壁的方向依次设置有第三腔室、第四腔室和第五腔室，所述第四腔室的截面尺寸小于所述第三腔室和所述第五腔室，所述第四腔室的侧壁设有连通所述第二腔室的第三孔道，并且所述第三腔室的截面尺寸小于所述第一腔室；所述射流雾化喷嘴通过所述第三腔室形成所述冷却液进口，通过所述第四腔室形成所述混合腔，通过所述第五腔室和所述第一腔室形成所述内腔，通过所述第二孔道形成所述喷嘴出口，通过所述第一孔道、所述第二腔室和所述第三孔道形成所述空气进口。5.根据权利要求1所述的射流雾化冷却装置，其特征在于，所述供液机构包括：冷却液储罐；多个供给支路，所述供给支路分别连接一组所述射流雾化喷嘴，所述供给支路设有流量计、泵体、压力表和节流阀，所述流量计用于测量所述供给支路的初始冷却液流量，所述压力表用于测量所述节流阀输出端的冷却液压力。6.根据权利要求5所述的射流雾化冷却装置，其特征在于，所述射流雾化冷却装置还包括冷却液回收机构，所述冷却液回收机构在所述风冷通道的出风端设置有脱水器以及回流
管，所述脱水器用于捕获空气中的液粒，并通过所述回流管送入所述冷却液储罐。7.根据权利要求6所述的射流雾化冷却装置，其特征在于，所述冷却液回收机构还设置有多个导流支路，所述导流支路沿所述风冷通道的长度方向分布，以使得每一组所述换热管束的背风面以及每一组所述射流雾化喷嘴的背风面均连接有一所述导流支路，所述导流支路连接所述冷却储罐，用以回收所述风冷通道内未蒸发的冷却液。8.根据权利要求1所述的射流雾化冷却装置，其特征在于，所述换热管道在所述壳体上方设有上联箱、在所述壳体下方设有下联箱，所述上联箱的输入端设有第一温度检测组件，所述下联箱的输出端设有第二温度检测组件，所述换热管束连接于所述上联箱和所述下联箱之间。9.根据权利要求1所述的射流雾化冷却装置，其特征在于，所述送风机构包括设于所述风冷通道一端的引风机和设于所述风冷通道另一端的排风机，每组所述换热管束沿所述风冷通道的长度方向和宽度方向布设有多排工质管。10.一种射流雾化冷却方法，其特征在于，采用权利要求1所述的射流雾化冷却装置对工质进行冷却，包括：启动所述送风机构，利用所述风冷通道两端的引风机、排风机控制风压和风量；通过所述换热管道的所述换热管束将被冷工质送入所述风冷通道，并启动所述供液机构和所述射流雾化机构，通过所述射流雾化喷嘴向所述换热管束表面喷洒冷却液，同时设置冷却液回收机构回收所述风冷通道的出风端的液粒以及所述风冷通道内未蒸发的冷却液；在上述过程中，利用以下表达式计算冷却液的蒸发率，其中，η为冷却液的蒸发率，m
i
为所述供液机构送入所述射流雾化喷嘴的冷却液总流量，m0为所述冷却液回收机构收集的冷却液总流量；利用以下表达式计算所述射流雾化冷却装置的换热量，q＝c
p
×
m
×
(t
in-t
out
)其中，q为换热量，c
p
为被冷工质定压比热，m为被冷工质总流量，t
in
为被冷工质输入所述换热管束时的温度，t
out
为被冷工质输出时的温度。

技术总结
本发明提供了一种射流雾化冷却装置及方法。装置包括壳体、送风机构、换热管道、射流雾化机构和供液机构。基于风冷通道设置换热管束以及射流雾化喷嘴，向换热管束内送入被冷工质的时候，即利用送风机构进行风冷降温，又利用利用射流雾化喷嘴喷淋冷却液，兼顾了风冷、喷淋冷却两种方式。采用射流雾化喷淋，能减小和改善液粒尺寸，提高液粒蒸发率。并且换热管束与射流雾化喷嘴对应设置多组，能有效解决冷却液喷淋不均的问题，使得换热管壁面液膜分布更均匀。因此，本发明中的射流雾化冷却装置通过改善冷却液喷淋方式和管道布置，显著提高了冷却液利用效率和散热能力，使运行更经济，结构更紧凑。更紧凑。更紧凑。


技术研发人员：曾志勇 李云峰 尚同乐 詹昊
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/13