脈沖式噴霧冷卻的實驗研究進展

梁 勇，劉 妮

?

脈沖式噴霧冷卻的實驗研究進展

梁 勇，劉 妮

（上海理工大學 制冷技術研究所，上海 200093）

脈沖式噴霧冷卻是解決現在大功率電子設備散熱問題的最理想方法之一，具有能夠大幅度提高電子元器件換熱效率的潛能。介紹了脈沖式噴霧冷卻相比傳統連續噴霧冷卻所具有的優點，綜述了國內外對脈沖式噴霧冷卻的研究，總結了占空比、頻率及噴霧周期對熱表面換熱效率的影響。最后總結了現階段關于脈沖式噴霧冷卻的研究結論并展望了未來的研究方向。

脈沖；噴霧冷卻；綜述；占空比；噴霧周期；臨界熱流密度；電子冷卻

熱管理（對一個系統的熱量或溫度的管理）是現在大功率電子設備的重要組成部分，如用于電動和混合動力汽車動力總成的轉換器和逆變器。大功率的電子元件需要較高電流，這就使得溫度升高，所以需要優化溫度控制系統，以免電子元件燒毀[1]。現在電子元件趨于微型化，大型的換熱器有很大的局限性，所以脈沖式噴霧冷卻是最有潛能的冷卻方法之一。

脈沖式噴霧冷卻是一個特定頻率停止噴射和一個特定頻率噴射的過程[2]。可以簡單概括為“噴一下，停一下，交替循環”，噴射時間加停噴時間為一個周期，占空比即為噴射時間占一個周期的百分比。脈沖式噴霧冷卻可以通過改變質量流率、占空比、頻率來調節，使加熱面達到實際需要的溫度[3]。

針對脈沖式噴霧冷卻的研究，國內外有一些相關文獻發表，國外Pan?o等[4]以水為工質做了研究，以混合工質（純工質與納米顆粒、添加劑、可溶性鹽、氣體和有機溶液中的一種或者幾種組成的制冷工質）做了少量研究；國內周華琴[5]以水為工質做了初步研究。由于混合工質和添加劑種類繁多，對實驗結果的影響也不盡相同，所以該課題可研究的空間非常大。

1 連續和脈沖式噴霧冷卻的區別

噴霧冷卻是指液體工質通過霧化噴嘴依靠高壓氣體，或者依賴自身的壓力，使得液體工質分散、破裂成小液滴，然后噴射到相對低速低壓的氣體介質中，實現對高溫物體進行冷卻的技術[3]。噴霧冷卻有著非常廣泛的應用，因為它具有換熱效率高，散熱均勻，可以達到很高的臨界熱流密度值（CHF）等優點。在醫療、食品冷凍、激光等領域都有著廣泛的應用。

在噴霧冷卻過程中，產生兩相流（兩相物質至少一相為流體所組成的流動系統），具有高度復雜的特性，影響噴射效果的因素不僅有霧滴尺寸、速度和密度，甚至是表面初始溫度，因此很難確定哪個是影響換熱的主要因素[4]。雖然噴霧冷卻相對其他冷卻方式有著無可比擬的優勢，但是其也存在很多問題。例如周華琴[5]提到：

(1)研究封閉式噴霧冷卻的換熱特性時，由于腔體是完全封閉的，在完全抽真空的情況下，雖然腔體內設置冷凝器，但是在實際實驗中冷凝效果并不明顯，產生大量的蒸汽在腔體內無法排除。所以霧滴下落時，必須得穿過蒸汽，產生很大的阻力，減緩了霧滴的速度，液膜內的對流作用也受到了影響。另一方面，霧滴在下降時，會和蒸汽發生熱交換，部分蒸汽附著在液滴上，導致液滴半徑增大，溫度上升，對冷卻效果有一定的影響；

(2)對于壓力式噴嘴，要達到比較好的霧化效果，就要增大噴嘴入口壓力，導致流量增加，這樣就往往導致工質流量過大，使得液膜厚度增加，增加了熱阻，也增加了氣泡逃逸的難度而且不易破裂，液滴撞擊所引起的加強湍流的效果下降，因此會導致換熱系數下降，影響換熱效果。

要解決上述問題的一個有效方法就是脈沖式噴霧冷卻。脈沖式噴霧冷卻相比于傳統式噴霧冷卻的一個最大的優點就是工質的利用率高。在傳統的噴霧冷卻中，要想達到一個好的換熱效果，就是增加工質的質量流量，然而在高速的噴射過程中，即使加熱表面溫度很高，但工質也沒有足夠的時間發生相變，因此工質不能充分利用，造成浪費。

劉媛[6]的研究表明:（1）脈沖式噴霧冷卻相比于連續性噴霧冷卻，平均時間內在加熱表面上形成的形成的液膜厚度要更薄，熱阻減小。（2）液膜厚度減小，氣泡生長的半徑減小，更易逃逸。（3）在停噴階段，有利于冷凝器對腔體內蒸汽進行冷凝，減小了霧滴與蒸汽之間的相互作用。

脈沖式噴霧冷卻也有很多弊端：（1）控制不好占空比，頻率容易導致質量流量過大或過小，導致換熱效率降低，與連續噴射區別較小；質量流量過小會導致冷卻效果下降，更嚴重會導致表面溫度過高燒毀設備。（2）對設備的精度要求很高，特別是在皮膚病治療領域。（3）不確定因素太多，噴射時間、頻率、角度等這些因素都會造成液膜厚度過厚或過薄，導致表面換熱的不均勻性增強。（4）脈沖式噴霧冷卻機理還不完善，現有的理論都是通過實驗得到的，局限性很大。

2 表面換熱效率的影響因素

在冷卻過程中，表面換熱效率受很多因素如占空比、頻率、噴霧周期、工質類型和噴霧參數等的影響，這就增加了研究的復雜性。

2.1 占空比和噴霧周期

占空比和噴霧周期是脈沖式噴霧冷卻中影響換熱效率的兩個重要因素，因為這兩個因素最難控制，所以針對這兩個因素的研究是重中之重。

Pan?o等[7]利用多噴嘴探索了在冷卻過程中占空比等因素對表面溫度和表面熱流密度的影響。在占空比10%，頻率為0.5~15Hz，在兩相區，頻率過高時，頻率對傳熱效果的影響不太明顯；頻率0.5~1 Hz，傳熱效果會忽然降低，因為液膜在噴射期間蒸發，導致膜層散熱系數降低，造成冷卻能力的下降。

傳熱系數和熱效率公式為

式中：ISC為熱流密度；op為銅板溫度；c為制冷工質的溫度。當占空比(DC)≥40%，換熱處于單相區，ISC相對保持恒定。當占空比(DC)<40%，op>c，相變使冷卻效率提高，ISC也提高。

熱效率公式為

式中：為熱效率；為質量流量；pf為比熱；fg為蒸發潛熱；b為沸騰溫度。當op

Somasumdaram等[2]做了脈沖式噴霧冷卻在單相區和兩相區的比較研究，主要目的是研究閉式脈沖式噴霧冷卻占空比、頻率和表面溫度、熱流密度之間的關系。實驗分為不同的熱流區——11，22，33 W/cm2(低熱流密度，單相區)；55，88 W/cm2(過渡區)；108，125，149 W/cm2（高熱流密度，兩相區），噴嘴入口壓力分別為0.2，0.4，0.5 MPa。研究結果表明占空比在20%~70%（處于單相區），溫度梯度隨著表面溫度和熱流密度的升高而增加；占空比在60%~90%（處于過渡區），表面溫度梯度達到最大；占空比在40%~85%（處于兩相區），表面溫度梯度隨著表面過熱度的升高而減小。熱流密度在11~55 W/cm2，占空比隨著熱流密度的升高而增加，熱流密度在88~198 W/cm2時，占空比則出現相反的趨勢。在噴射入口壓力較低時（質量流量小），工質利用率最好。

Pan?o等[8]研究了脈沖噴霧和室溫下的表面之間的流體相互作用的瞬態行為，結果表明熱交換效率的高低和噴射條件有很大的關系，比如壓力、周期、占空比。增加噴射時間對噴油器動力學的直接影響是噴霧的穩定周期增大、液體質量流量增加、熱表面換熱效率提高。實驗證明，當噴射時間由5 ms增加到10 ms時，瞬態熱傳遞會發生顯著變化，這是由于產生了液滴的二次撞擊，致使固液交界處產生氣泡，破壞液膜，從而增強了換熱效率。

Moreira等[9]研究了內燃機的工作特點，研究在不同工況下，初始壁面溫度保持恒定，采用脈沖式噴霧冷卻時，占空比、噴射頻率和噴射流量對熱流密度的影響。當達到臨界熱流密度時，較低的頻率、較短的噴霧時間(5 ms)，換熱效率增加。

Wang等[10]研究了以R404為工質脈沖式噴霧冷卻的表面換熱特性。他們采用的是先噴50 ms，然后關閉電磁閥，直到噴嘴內的R404噴盡，大約在300 ms的時候開始下一次噴射。表面上仍然附有一層液膜，液膜厚度隨著時間發生強烈的變化。因此這種噴射在時間和空間上有著強烈的不均勻性。他們研究得到最佳的噴射距離為30 mm，熱流密度最高達483.04×10–3W/cm2，最大徑向溫差為60℃，熱流密度梯度最高可達400×10–3W/cm2。

李云忠等[11]研究了處于自然環境下的空調系統采用脈沖式噴霧冷卻對換熱器性能，尤其是對占空比的影響。在汽水壓力不變，換熱器進水溫度、汽水總壓相同的條件下，占空比都是先增大后減小。在汽水壓力不變，換熱器進水溫度不相同、汽水總壓相同的情況下，最佳占空比隨著溫度的增加而增大。在汽水壓力不變、換熱器進水溫度相同，汽水總壓不相同的條件下，最佳占空比先增加后減小。

Somasumdaram等[12]對集成電路閉式回路脈沖式噴霧冷卻進行了實驗研究。研究表明造成表面溫度梯度超過限制值的主要原因是電磁閥的精度和傳感器的時間延時。熱流密度、傳熱系數、表面平均溫度也是也是影響表面溫差的三個因素。一般情況下，高熱流密度和高設置溫度點會導致比較大的表面溫差。然而，在比沸點溫度高15 ℃處設置溫度點，在壓力為0.6 MPa，熱流密度為33 W/cm2時由于進入兩相區發生相變，導致表面溫差最小。在最低的設置溫度點處，傳熱系數最高，隨著熱流密度的變化和連續噴霧冷卻相似。頻率有兩種定義方法：

(3)

公式（3）是根據表面溫度計算；公式（4）根據電磁閥打開和關閉的時間計算。

表1[12]為不同壓力和熱流密度的噴霧時間和停噴時間，可以看出噴霧時間on隨著熱流密度的增加而增加，而停噴時間off變化很小。在不同壓力下，高出設置點溫度10 ℃，隨著熱流密度的增加，冷卻速率減小，所以實際噴霧時間增大。在停噴期間，換熱表面會有一層液膜，所以芯片溫度不會上升很快，直到液膜溫度等于芯片表面溫度。實驗表明脈沖式噴霧冷卻的換熱效率明顯高于連續噴霧。制冷工質最大可以節省58%，占空比隨著熱流密度的增加而增大，隨著設置溫度的降低而降低。

表1 不同壓力、熱流密度的on、off值

Tab.1 ton , toff values with different P, q

Miguel等[13]進一步研究了脈沖式噴霧冷卻表面換熱過程的物理原理，采用的工質是HFE-7100，研究了噴射頻率、脈沖寬度、初始表面溫度、噴射壓力、噴嘴距被冷卻表面的距離對脈沖式噴霧冷卻系統性能的影響。實驗證明占空比小，工質更容易相變，表面冷卻效果更好。通過實驗結果估算，在使熱表面達到同樣的冷卻效率下，脈沖式噴霧冷卻節約工質10%~90%。其他關于噴霧冷卻的研究，都是根據熱力學第一定律評價其系統的性能，而作者卻通過熱力學第二定律（?分析）進行分析。?分析的最大優點是可以精確地找到哪個部分?損失最大，明白其原因并評估其對結果的影響，從而為如何優化噴霧冷卻系統使可利用能量的利用率最大化提供了一個明確的物理認識。實驗證明噴射特性不會受噴射頻率和脈沖寬度的影響。低占空比時，冷卻效率高，能夠帶走更多的熱量。

Karpov等[14]采用多噴嘴的脈沖式噴霧冷卻系統，實驗研究噴射到垂直的等溫表面的換熱特性。主要研究了二元乙醇-水混合物組分對熱傳遞強度和蒸發冷卻效率的影響，并對液相供給脈沖持續時間的變化進行了分析。二元乙醇-水混合物的體積濃度分為1=0~96%，噴射時間=2，4，10 ms，頻率為10 Hz。隨著噴射時間的增加，整體的傳熱系數增大。在1=50%~60%時，換熱系數最高，因為在這個濃度區間里，進入兩相區溫度降低，進而提高了傳熱效率。換熱效率隨著脈沖寬度的減小而增大，隨著乙醇溶液的濃度增大而增大。

Nazarov等[15]研究結果表明以水為工質脈沖式噴霧冷卻的脈沖寬度對傳熱系數沒有實際的影響。另一組實驗以氣體液滴氣溶膠為工質，氣流可以擾亂換熱表面液膜的形成，提高換熱效率。頻率為1~10 Hz，脈沖寬度為1~10 ms，換熱表面恒為70℃，噴射距離為230 mm。結果表明在一個較低的流量和脈沖寬度下，換熱系數達到最大值。

Moreira等[16]研究表明在噴霧范圍區間內，表面冷卻曲線隨著頻率和噴射時間的變化而變化；局部臨界熱流密度與噴霧時間之間是相互獨立的，與頻率成線性變換關系。

Moreira等[17]研究在噴射頻率為10~30 Hz，周期恒為5 ms，占空比為5%，7.5%，10%，15%，噴嘴入口壓力為0.3 MPa的條件下，研究影響表面換熱特性的因素。分別研究噴射時間和頻率的變化對表面的中心和邊緣區域溫度和熱流密度的影響。換熱表面被分為四個部分，在表面的中心第一個區域溫度迅速下降，因為噴到表面的液滴快速蒸發，熱流密度達到最大；第二個區域內溫度降到最小，但是溫度的降低速率減慢，熱流密度幾乎保持不變甚至稍微減小，這是由于表面的液膜作用，蒸發速率減小；第三個區域內溫度增加，是由于表面殘余液體的完全蒸發。在邊緣區域，瞬時熱行為是非常復雜的，研究表明表面中心的平均熱流密度值的絕對值大約是邊緣區域的四倍。

Kopchikov等[18]研究表明薄膜蒸發機制是控制臨界熱流密度的主要因素，而與噴射頻率等其他噴射條件無關。然而Pautsch等[19]卻得出相反的結論，在低頻率時，薄膜蒸發既受噴射在表面液體的限制，也受去除表面蒸汽的影響；Rini和Shedd等[ 20-21]研究得出在高頻率時，液滴穿過薄膜并與薄膜融合，表面溫度逐漸恢復。

Pan?o等[22]利用多噴嘴脈沖式噴霧冷卻對大功率電子設備熱管理系統進行了研究。為了探索最佳頻率和噴霧時間(DCDinj×inj×100%)，因為實驗裝置的限制，占空比DC設置為30%或50%，實驗結果表明，對于多噴嘴脈沖式噴霧冷卻，頻率越高，表面溫度越低。因此，高頻率使表面換熱系數提高。在噴嘴數=3時，占空比≥70%≠100%，對熱表面的散熱效果和連續噴霧相同。

Pan?o等[22]發現液膜的厚度隨著占空比(DC)的增加而變厚，和“死亡時間”（停止噴射到下一個新的噴射開始）成反比，通過蒸發液膜提高傳熱效率。如果注射頻率為60 Hz，占空比（DC）在45%~90%，隨著占空比的增加，努塞爾數Nu減小。雅各布數（Jakob number）是表示單相換熱和兩相換熱的一種重要的度量。當DC=45%，60%和90%時，雅各布數隨著DC的增加而減小。

Zhang等[23]在壓力0.3 MPa，距熱表面距15 mm，固定周期200 ms，不同的占空比的情況下進行實驗，結果如表2所示。

表2 相同周期、不同占空比的流量

Tab.2 Flow rates for the constant spray cycle of 200 ms and various duty ratios

傳熱系數和熱流密度隨表面過熱度的關系如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2明顯看出連續噴霧的熱流密度和傳熱系數比脈沖式噴霧大，所以表面換熱量隨著液滴速度質量平均值的增加而增大。表明在霧滴參數相似的情況下，在一定壓力時，連續噴霧比脈沖式噴霧冷卻的換熱效率更高。然而，在單相換熱時，消耗相同質量的水時，情況則截然相反，在周期為300 ms、噴射時間150 ms時，脈沖式噴霧冷卻效率比連續噴霧高35.8%。說明最佳占空比、噴霧周期能提高工質的利用率。

通過實驗可以發現在噴霧高度、壓力等參數保持不變的情況下，存在最佳占空比使脈沖式噴霧冷卻換熱效率比連續噴霧冷卻高，而且更加節省工質。所以研究最佳占空比就尤為重要。另外，研究者應該致力于在找到最佳占空比的基礎上，尋找汽化潛熱大，沸點低，同時能夠滿足電子元器件冷卻中對表面溫度要求的冷卻工質，使表面換熱效率進一步提升。

圖1 熱流密度q隨表面過熱度的變化

圖2 傳熱系數隨h表面過熱度的變化

冷卻工質的種類很多，由于不同的工質其化學和物理性質不同，會通過導熱系數、表面張力、固液接觸角等方面對表面換熱效率產生巨大影響。所以下一步應該采用高換熱效率的納米流體、制冷劑、添加劑溶液的方法提高脈沖式噴霧冷卻的換熱效率。

Wang等[10]研究了以R404為工質脈沖式噴霧冷卻的表面換熱特性。

Pan?o等[22]進一步研究了脈沖式噴霧冷卻表面換熱過程的物理原理，采用的工質是HFE-7100，研究了噴射頻率、脈沖寬度、初始表面溫度、噴射壓力、噴嘴距被冷卻表面的距離對脈沖式噴霧冷卻系統性能的影響。實驗證明占空比小，工質更容易相變，表面冷卻效果更好。通過實驗結果估算，在使熱表面達到同樣的冷卻效率下，脈沖式噴霧冷卻節約工質10%~90%。其他關于噴霧冷卻的研究，都是根據熱力學第一定律評價其系統的性能，而作者卻通過熱力學第二定律（?分析）進行分析。

Zhang等[23]采用多噴嘴的脈沖式噴霧冷卻系統，研究噴射到垂直的等溫表面的換熱特性。主要研究了二元乙醇-水混合物組分對熱傳遞強度和蒸發冷卻效率的影響，并對液相供給脈沖持續時間的變化進行了分析。二元乙醇-水混合物的濃度為1=0~96%，噴射時間=2，4，10 ms，頻率為10 Hz。隨著噴射時間的增加，整體的傳熱系數增大。在1=50%~60%時，換熱系數最高，因為在這個濃度區間里，進入兩相區，進而提高了傳熱效率。換熱效率隨著脈沖寬度的減小而增大，隨著乙醇溶液濃度的增大而增大。

2.3 噴霧參數等因素

噴嘴距熱源表面的高度、液滴直徑、噴霧傾角、熱源表面結構等因素都是影響噴霧冷卻換熱效率的重要因素。所以關于這些方面的研究也很多，但都是針對連續性噴霧冷卻的研究，這里就不一一贅述了，針對脈沖式噴霧的研究幾乎空白，所以這些方面還有待深入研究。

綜上可知，占空比確實可以提高表面的換熱效率、節省工質，是脈沖式噴霧冷卻一個重要的控制因素。盡管如此，筆者認為在電子冷卻領域脈沖式噴霧冷卻是一個很有前景的技術，但是影響占空比的因素非常復雜，實現精確控制很難。今后對脈沖式噴霧冷卻的研究最重要的部分就是研究最佳占空比，在其基礎上研究傾斜角、相變等其他因素對換熱效率的影響。

3 結論與展望

脈沖式噴霧冷卻是一種新型的冷卻技術，為解決電子元器件、激光器件等高熱流密度的散熱問題提供了一種新的思路。本文基于國內外相關研究成果，綜述了占空比、頻率、周期等因素對脈沖式噴霧冷卻的換熱效率等問題的影響和存在的問題，它們存在一個最優值使得換熱效率達到最大，并且提出了解決辦法和以后的研究方向。比如：

(2)建筑物的抗震加固以提高其整體性為原則，一般可以在外墻外側增設混凝土圈梁和構造柱，但由于原結構砂漿強度等級太低，不能與新增加的構件進行可靠的連接，節點不易處理，因此在1層至3層所有墻體均增設鋼筋網水泥砂漿面層，內設Φ 6 mm的鋼筋網片。同時在需設構造柱及圈梁的地方配置鋼筋加強帶來代替構造柱和圈梁。

（1）選擇一種合適電子元件的制冷劑，噴霧冷卻的主要工作原理就是通過制冷劑蒸發帶走熱表面熱量來降低溫度，所以制冷工質的物理化學特性對表面換熱效率有著很大的影響；通過研究制冷工質的化學物理特性，選擇飽和溫度較低、無腐蝕性的工質、適合電子元器件的制冷工質；

（2）研究脈沖式噴霧冷卻對表面微結構換熱特性的影響，通過實驗說明其影響，分析其換熱理論；

（3）研究傾角對脈沖式換熱特性的影響，本課題組李麗榮研究了噴射傾角對連續噴霧冷卻換熱特性的影響，實驗表明存在最佳傾角18°，相比垂直噴射，其換熱效率提高了11.1%；

（4）降低制冷劑的飽和溫度；這就要求建立一個密閉的噴霧冷卻系統，對系統抽真空，使空間壓力降低，進而降低蒸發溫度，從而使表面換熱效率提高；

（5）研究添加劑溶液對脈沖式噴霧冷卻換熱效果的影響；

（6）利用模擬研究的方法來驗證脈沖式噴霧冷卻的實驗結果，分析表面的換熱原理和連續噴射表面換熱原理的區別；

（7）分別研究開式系統和抽真空系統脈沖式噴霧冷卻的換熱效率，比較在單相區和兩相區，連續噴霧冷卻和脈沖噴霧冷卻的換熱效率，分析其原因。

[1] BAR-COHEN M, ARIK M, OHAI. Direct liquid cooling of high ?ux micro and nano electronic components [J]. Proc IEEE, 2006, 94: 1549-1570.

[2] SOMASUMDARAM S, TAY A A O. Comparative study of intermittent spray cooling in single and two phase regimes [J]. Int J Thermal Sci, 2013, 74: 174-182.

[3] 司春強, 邵雙全, 田長青, 等. 潤滑油對噴霧冷卻性能影響 [J]. 制冷技術, 2012, 31(1): 42-45.

[4] PAN?O M R O, MOREIRA A. Two-phase cooling characteristics of amultiple-intermittent spray [C] // Thirteenth International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lisbon, Portugal: The Conference Organizer, 2006.

[5] 周華琴. 熱表面脈沖式噴霧冷卻的實驗研究[D]. 天津: 天津大學, 2007.

[6] 劉媛. 間歇式噴霧冷卻高熱流表面機理的研究[D]. 天津: 天津大學, 2008.

[7] PAN?O M R O, GUERREIRO J P P V. Microprocessor cooling based on an intermittent multijet spray system [J]. Int J Heat Mass Trans, 2012, 55: 2854-2836.

[8] PAN?O M R O, MOREIRA A L N. Thermo and fluid dynamics characterization of spray cooling with pulsed sprays [J]. Exp Thermal Fluid Sci, 2005, 30: 79-96.

[9] MOREIRA A L N. An experimental methodology to quantify the spray cooling event at intermittent spray impact [J]. Int J Heat Fluid Flow, 2007, 28: 191-202.

[10] WANG R, ZHOU Z F. Surface heat transfer characteristics of R404A pulsed spray cooling with an expansion-chambered nozzle for laser dermatology [J]. Int J Refrig, 2015, 60: 206-216.

[11] 李云忠, 高理福. 周期性噴霧蒸發冷卻中最佳占空比試驗研究 [J]. 四川建筑科學研究, 2014, 40(1): 334-336.

[12] SOMASUMDARAM S, ANDREW A O T. An experimental study of closed loop intermittent spray cooling of ICs [J]. Appl Thermal Eng, 2011, 31: 2321-2331.

[13] PAN?O M R O, MOREIRA A L N. Intermittent spray cooling: a new technology for controlling surface temperature [J]. Int J Heat Fluid Flow, 2009, 30: 117-130.

[14] KARPOV P N, NAZAROV A D. Evaporative cooling by a pulsed jet spray of binary ethanol–water mixture [J]. Tech Phys Lett, 2015, 41: 668-671.

[15] NAZAROV A D, SEROV A F. Experimental investigation of evaporative pulse-spray impingement cooling [J]. Eng Phys Thermophys, 2009, 82: 1160-1166.

[16] MOREIRA A L N, CARVALHO J. The effects of fuel impact on mixture preparation in SI engines with port fuel injection [J]. SAE Tech Paper Series, 2005, 24: 83.

[17] MOREIRA A L N, PAN?O M R O. Heat transfer at multiple-intermittent impacts of a hollow cone spray [J]. Int J Heat Mass Transfer, 2006, 49: 4132-4151.

[18] KOPCHIKOV I, VORONIN G, KOLACH T, et al. Liquid boiling in a thin ?lm [J]. Int J Heat Mass Trans, 1969, 12: 791-796.

[19] PAUTSCH A G, SHEDD T A. Spray impingement cooling with single-and multiple-nozzle arrays [J]. Int J Heat Mass Trans, 2005, 48: 3176-3184.

[20] RINI D, CHEN R H, CHOW L C. Bubble behavior and nucleateboiling heat transfer in saturated FC-72 spray cooling [J]. J Heat Mass Trans, 2002, 124: 63-72.

[21] SHEDD T A, PAUTSCH A G. Spray impingement cooling with single-and multiple-nozzle arrays [J]. Int J Heat Mass Trans, 2005, 48: 3167-3175.

[22] PAN?O M R O, MOREIRA A L N. Heat transfer correlation for intermittent spray impingement: a dynamic approach [J]. Int J Thermal Sci, 2009, 48: 1853-1862.

[23] ZHANG Z, JIANG P X, HU Y T, et al. Experimental investigation of continual and intermittent spray cooling [J]. Exp Heat Trans, 2013, 26: 453-469.

（編輯：陳渝生）

Experimental research progress of pulse spray cooling

LIANG Yong, LIU Ni

(Institute of Refrigeration and Cryogenic Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

Pulsed spray cooling plays a crucial role in the development of high-power electronics devices, and it has the potential to significantly improve the heat transfer efficiency of electronic components. This paper introduces the advantage of pulsed spray cooling compared to conventional continuous spray cooling. The research of pulse spray cooling at home and abroad is reviewed, and the effects of duty cycle, frequency and spray cycle on the heat transfer efficiency of the surface are summarized. In the end, the conclusion about pulsed spray cooling and the future research direction is discussed.

pulse; spray cooling; review; duty cycle; spray cycle; critical heat flux; electronic cooling

10.14106/j.cnki.1001-2028.2017.04.004

TM201.4+2

A

1001-2028（2017）04-0021-06

2017-01-21

劉妮

劉妮（1974－），女，山東青島人，副教授，研究方向為微噴冷卻技術等，E-mail: 13162328265@163.com；梁勇（1991－），男，陜西咸陽人，研究生，研究方向為微噴冷卻技術，E-mail: 13162328265@163.com 。

網絡出版時間：2017-04-11 10:49

http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1241.TN.20170411.1049.004.html