蒸发冷却技术应用于大型电子设备冷却中的材料相容性研究

随着电子芯片功耗不断增大,散热问题已经成为电子设备,特别是大型高密度电子设备发展的瓶颈问题。中国科学院电工研究所自主研发的蒸发冷却技术,其利用冷却介质的相变潜热带走热量,冷却能力较传统风冷等冷却技术有很大优势。其在电子设备上的应用首要问题之一是冷却介质与电力电子器件材料之间的相容性问题。本文详细介绍了蒸发冷却介质与电子设备材料相容性实验研究情况,并对实验结果进行了分析,为蒸发冷却介质与IT设备材料的相容性筛选提供了指导,这将为未来蒸发冷却技术应用于大型电子设备的冷却提供重要技术支撑。     

蒸发冷却技术在大型发电电动机上的应用优势及模拟试验研究

介绍了蒸发冷却技术的特点及其在发电电动机上的应用优势,并对发电电动机定子线棒在不同冷却介质液位、二次冷却水流量等工况下进行模拟试验研究,该试验研究为发电电动机蒸发冷却系统设计提供理论依据和技术支持。     

蒸发冷却技术应用于大型汽轮发电机的技术可行性

针对大型汽轮发电机的发展要求,介绍了汽轮发电机定子蒸发冷却及转子蒸发冷却的原理和结构.详尽地分析了蒸发冷却技术应用于大型汽轮发电机的可行性,得出定子浸润式、转子开放管道式蒸发冷却方案应用于大型汽轮发电机在技术上是可行的结论;同时对汽轮发电机转子绕组开放管道式蒸发冷却技术进行了模拟实验,实验目的是为了取得开放管道式转子绕组沿半径方向的温度分布情况,并粗略估计冷却能力,旨在为蒸发冷却汽轮发电机向更大容量发展、探索新的冷却结构提供技术参考.     

汽轮发电机转子绕组开放管道式蒸发冷却技术的实验研究

为了将蒸发冷却技术应用于大容量的汽轮发电机,需要对转子蒸发冷却技术进行深行研究.本文重点介绍了汽轮发电机转子绕组开放管道式蒸发冷却技术的模拟实验.阐述了实验原理、模型的建立以及数据的采集等问题,并对结果进行了详细的分析.实验结果表明,开放管道式转子线圈半径方向上的温度分布均匀,完全符合汽轮发电机的冷却技术要求.在不同的工况条件下,系统均表现出了良好的冷却能力.该实验为采用开放管道式转子绕组蒸发冷却方式的大容量汽轮发电机的设计和计算提供了依据,其结果也可为离心力场下的液体流动和传热方面的研究借鉴.     

水氢氢冷却四级汽轮发电机转子温度场数值分析

本文以某大型水氢氢冷却四级汽轮发电机转子为研究对象,根据转子内冷却介质的流动特性和转子的结构特点建立转子的三维温度场模型。选择合理的基本假设和边界条件,对转子内冷却介质和固体区域的温度场进行数值求解,分析转子的温度分布规律。计算结果表明转子内冷却介质的最高温度为111.6℃,固体部件的最高温度均为113.3℃,在工程允许的范围内,没有超过最高温度限制。     

定转子绕组蒸发冷却的500kW立式水轮发电机

一、前言天津发电设备厂和中国科学院电工研究所协作,试制了一台功率为500kW定、转子绕组采用蒸发冷却的立式水轮发电机,于1978年完成了全部研试项目,本文就此作一概述。所谓蒸发冷却电机,就是在定子和转子绕组的空心导体内,采用常温下蒸发的介质作为冷却剂,利用物质受热后改变物理状态而吸收大量热的原理,当电机绕组在运行时,由于铜耗产生的热量使介质温度增高而蒸发,汽化的介质由于重力的原理流至冷却器,将热耗传出后凝结为液态,重新流回绕组中,如此周而复始地构成了自动循环的冷却系统。     

蒸发冷却电机新冷却介质FF31L的实验研究

根据介质的热物理特性和公害性等性质初选了一种新冷却介质ＦＦ３１Ｌ。将初选的新介质ＦＦ３１Ｌ在自循环蒸发冷却实验模型上进行了实验，测取了不同负载下线棒沿长度上的温度分布，观察了自循环冷却情况。建立了介质传质特性研究的实验模型，进行了新介质传质特性的实验研究，得到了蒸汽品质和汽液二相流阻放大倍数的关系曲线以及蒸汽品质和汽液二相中汽占体积比之间的关系曲线。     

液体媒质超声波电机转速特性研究

非接触型超声波电机有效地克服了传统的接触型超声波电机因接触所引起的使用寿命短、不能长时间连续运转等缺点，是超声波电机领域一个新的研究方向。文中介绍了非接触型超声波电机的结构和运行机理，对液体的声流速度进行了理论分析，从液体性质和转子结构角度重点研究了电机的转速特性。在液体性质方面从液位高度、液体粘度和非线性参数三方面详细分析了它们对电机转速特性的影响，从中得出，在一定范围内电机转速随液位高度的增加而增大，随粘度的增加而减小，与液体的非线性参数成反方向变化。在转子结构方面从转子直径、叶片高度、叶片数和所用材料密度4方面对转速特性进行了研究，得到了与转速的关系和转速特性良好的转子结构形式。在上述分析和实验基础上提出应用具有一定参数的液体和转子可有效提高电机转速的方法。     

高速永磁电机转子蒸发冷却系统数值模拟

对于大功率高速永磁电机,在高功率密度下转子散热困难,易造成永磁体发生不可逆退磁。为了解决转子的有效冷却问题,采用喷雾式新型蒸发冷却技术,利用相变吸热原理实现空心永磁转子蒸发冷却,基于计算流体力学方法,建立雾滴与空气的传热传质物理模型,对转子喷雾冷却系统进行数值模拟。研究表明,相变传热方式冷却效率高,转子的温度分布均匀,提高了高速永磁电机转子运行的可靠性和稳定性。本文提供的转子蒸发冷却计算方法,为蒸发冷却技术在大功率高速永磁电机转子冷却的应用提供理论依据。     

高压导汽管的振动分析与治理

通过对高压导汽管的振动测量和管道振动模态分析,得到了管道的主振频率、振动幅值和各阶固有频率。详细分析了管道的振动特性,论述了理论计算和实际振动形态之间的关系,综合分析后制定了具体的管道振动治理方案,采用冷态安装和热态适当调整相结合的办法,使机组启动后的管道振动情况得到了明显改善。     

高温超导电机转子冷却技术的研究

本文针对高温超导电机关键技术之一的转子冷却技术,从旋转管道流动和池沸腾的基本理论出发,对现有的集中式旋转热管、浸泡式冷却方式和三种新型的冷却方式即:分布式旋转热管、分层开放式蒸发冷却和旋转管道蒸发冷却,总结并建立了分别适用于这些转子冷却方式的沸腾换热模型;另外对于旋转管道蒸发冷却的流体动力学问题,参照静止两相流流动阻力的计算模型来分析这种冷却方式的流动阻力。在模型计算、载荷和漏热等边界条件基础上,采用ANSYS温度场静态计算模块对各种冷却方式进行了仿真,得到各种工况的温度分布。建立了一台能实现五种高温超导电机冷却方式的综合性实验平台,对五种冷却方式进行了详细的换热和流动的实验研究,从温升和分布均匀度而言,浸泡式冷却的效果最好,其他几种方式次之。同时对比实验数据与仿真结果,表明理论模型能较为准确地预测实验结果。     

电力变压器绕组和铁芯的模态分析

为了研究电力变压器绕组和铁芯的振动特性,利用模态分析方法分析了不同预紧力对绕组轴向振动的影响及铁芯压紧状态对铁芯振动的影响;采用ANSYS软件建立了绕组和铁芯的模态仿真系统,通过有限元分析法获得了绕组预紧力与轴向固有频率之间的关系及铁芯压紧状态与固有频率之间的关系。     

基于Ansys的永磁同步电机转子振动分析

振动是电机的重要指标,对电机转子进行振动分析为其结构改进和性能优化提供理论依据。运用Ansys有限元分析软件对永磁同步电机转子进行模态分析,得到该电机转子振动系统的低阶固有频率和模态振型,分析了电机振动特性。通过电机转子模态试验,求得电机低阶固有频率,对比仿真与试验结果,验证有限元分析结果的可靠性。由结果分析可知,研究对象在额定转速下未产生共振,验证了其结构设计的合理性。研究内容对永磁同步电机的设计和优化有一定的指导意义。     

新型冷却方式对APFC电路的适用性研究

作为一种新型的冷却方式,以相变换热为特征的蒸发冷却技术在开关电源向小型化、绿色化的发展中表现出明显的技术优势。Boost有源功率因数校正(APFC)电路作为减少谐波污染、提高功率因数的有效方法,是开关电源常用的前级结构。针对采用全浸式蒸发冷却技术方案的开关电源中APFC电路出现母线电压升高的适用性问题,设计了APFC样机及其实验装置。通过实验和仿真,对比分析了该电路在空气中和蒸发冷却介质中的工作特性,确定引起蒸发冷却介质中运行电源母线电压升高的原因是高压侧采样电阻阻值升高。研究结论将为蒸发冷却技术在开关电源中的成功应用提供重要技术支撑。     

车用电机的有限元模态分析

模态分析是一种确定结构振动特性的技术,是结构运动学的分析基础,固有频率是结构动力学特性分析中的重要指标.采用有限元法对电动汽车驱动用电机进行模态分析,通过对电机结构进行适当假设和等效,建立电机结构定子绕组、机壳、端盖以及转子和轴的模态有限元仿真模型,分析各结构部件对电机固有频率的影响.通过有限元仿真得到电机结构径向各阶模态的固有频率和模态振型,并通过锤击法模态实验和电机空载噪声频谱验证了有限元分析的准确性.     

大型蒸发冷却汽轮发电机定子绕组温度计算

在介绍了利用汽化潜热进行热交换实现电机定子绕组蒸发冷却的工作原理基础上,说明了电机定子铁心采用全浸式与绕组强迫内冷结合的新型蒸发冷却技术,不仅其绕组温升低,而且冷却介质单一,可以为电机的运行提供安全、可靠和高效的绝缘环境及冷却效果.并以300MW汽轮发电机设计数据为依据,根据空心股线内部介质两相流动特性,对空心股线内介质两相流动阻力、蒸发点位置等参数进行计算,分析了定子绕组温度沿轴向温度分布情况以及负荷变化对温度的影响,将试验值进行对比分析,验证了蒸发冷却技术在汽轮发电机上应用的可行性,同时为进一步应用于大型发电机提供理论依据.     

氟利昂自循环蒸发冷却发电机的工业性试运行

目前广泛应用的电机冷却方式不外乎空冷、氢冷和水冷三种,这三种方式在冷却过程中冷却介质的形态都不变,一定温升下的热容量是有限的。蒸发冷却是另一类冷却方式。特点是冷却过程中冷却介质从液态变化到了气态,即有个“蒸发”过程。由于气化需吸收大量潜热,所以蒸发冷却效果优于常规冷却。此     

挠性转子横向振动分析的传递矩阵法

介绍了一种分析挠性转子横向振动特性的传递矩阵法。它由系统的整体传递矩阵及边界条件得到频率方程，由此来计算转子的各阶固有频率；然后利用传输特性方程，求得转子任意截面上的状态向量，从而得到相应的振型函数。研制了一套用于分析挠性转子横向振动特性的专用软件包，可给出转子的各阶固有频率和相应的振型函数。最后，给出了一典型算例。     

汽轮发电机转子副槽通风冷却系统流动特性研究

在转子副槽通风冷却系统中,副槽结构、径向风道分布、槽楔出风口直径等参数,直接影响转子风道冷却介质流动特性。为减少副槽通风系统转子轴向温差及热应力,必须使转子沿轴向各径向风道内冷却介质流量分配尽可能均匀。针对转子副槽通风系统的结构特点,建立转子绕组通风离散计算模型。并应用该模型对125 MW空冷汽轮发电机转子副槽通风系统进行计算。研究副槽结构、转子槽楔出风口直径、转子径向风道布置等对转子径向风道流量分配的影响。研究结果表明,在相同入口流量下,副槽截面积越大,径向风道流量偏差越小;转子槽楔直径越小,径向风道流量偏差越小;采用变径向风道间距,可使径向风道流量偏差减小。该文的研究结果对汽轮发电机转子副槽通风冷却系统的设计具有指导意义。     

院士心语——访中国工程院院士、中国科学院电工研究所研究员顾国彪

顾国彪:1936年6月生于上海,1953～1958年就读于清华大学电机系发电厂及电力网专业,1958年至今在中国科学院电工研究所工作,1997年当选为中国工程院院士。 自1958年至今,主要进行了大型发电机的蒸发冷却研究与产业化,对各类蒸发冷却方法进行了系统的实验研究,实现了自循环蒸发冷却新的技术方法。与制造厂及电站合作,研制成功了10MW、50MW蒸发冷却水轮发电机,50MW蒸发冷却汽轮发电机。获全国科学大会奖一项,国家级科技进步二等奖一项,部委级一等奖两项,二等奖两项。 学术上,他深入研究了相变过程的冷却传热机理,对泵循环管内冷、自循环管内冷和全浸式冷却、静止及转子旋转条件下的蒸发介质的流动、沸腾和冷凝传热作了大量实验与理论研究,建立了定