平行小通道直冷板传热特性实验研究

作为两相冷却技术的核心部件,直冷板的传热特性越来越受到关注.本文基于泵循环两相流实验系统,设计了一块平行小通道直冷板,直冷板流道区域尺寸为140 mm×50 mm,包含21根通道,通道截面尺寸为1.5 mm×1.5 mm,通道间由0.5 mm厚的肋片分隔.通过改变制冷剂进口温度、流量以及热流密度,分析平行小通道直冷板流...     

机械泵驱动两相冷却系统特性分析和实验研究

以热管和环路式热管为主要形式的两相流冷却技术凭借其良好的冷却能力和较低能耗的特点在空间冷却中已经有了多年的实验研究和太空飞行记录。随着热源发热量增加、热流密度的增大以及散热回路日趋复杂,用机械泵为驱动力的两相冷却系统逐渐引起各国热控科研人员的重视。通过对机械泵驱动的两相流冷却技术同毛细力驱动的环路式热管及机械泵驱动单相冷却技术的工作原理和主要的性能进行分析比较,可以看出该系统切实可行,并且在启动,散热能力和结构设计上有明显优势。以CO2为循环工质对该新型系统的散热特性进行试验研究,结果证明机械泵驱动的环路式热管系统具有低能耗、高控温精度和结构紧凑的特点。     

基于双置直冷板技术的动力电池热管理系统性能研究

针对锂电池在大倍率充放电工况下热量堆积问题,提出了双置直冷板冷却方案。设计了4流程双置直冷板系统,建立了基于混合物多相流的电池散热模型,研究了在5C放电倍率下模组温度分布情况,对比了单直冷板和双置直冷板的热管理效果,并分析了制冷剂入口流量变化对双置直冷板技术的性能影响。结果表明,单直冷板系统在高倍率放电工况下冷却性能较差,放电结束最高温度达40.37℃,最大温差达11.4℃;双置直冷板电池模组最高温度为27.05℃,最不利电池的纵向温差为4.65℃,对比单直冷板,最高温度下降了32.99%,最不利电池的纵向温差降低了61.36%,双置直冷板技术可有效提高温度均匀性,降低了电池运行风险。此外,对于上下双置直冷板模式的电池模组,直冷板制冷剂入口流量不应小于0.5 L/min。     

8 kW车载动力电池直冷系统实验研究

电池冷却机组性能的优异对于动力电池在整车上安全、高效、可靠运行至关重要。基于制冷剂直接冷却的方式,本文设计并研制了一套8 kW动力电池冷却机组,并在某纯电动重卡上进行了实验验证及装车验证。结果表明:当电池底部的冷板表面温度在5～10℃时,电池芯体的最高温度能够降到35℃以下;采用双压缩机联合制冷方式,机组制冷性能达7.8 kW;采用分液头加毛细管的分液方式能够保证15块电池冷板进出口温差维持在5℃以内;通过循环充放电实验,在0.8C倍率充电、1C倍率放电的条件下,电芯温度皆可在40℃以下;在外界高温环境下,该机组能够在20 min内将电池芯体的平均温度降至28℃左右;此外,分析了制冷剂充注量、H型热力膨胀阀开度等因素对机组性能的影响,制定了机组的控制策略并加以评估。     

机载蒸发循环系统两相流换热特性实验研究

相变传热凭借其良好的传热能力和较低的能耗的特点在航空航天领域的电子设备冷却尤其是蒸发制冷循环系统中得到应用。飞行器在机动飞行或进出大气层都会遇到超重状态。超重状态下的两相流的流动及传热特性相对于静止状态时候发生了很大的变化。以流动水为介质,通过搭建旋转平台对超重状态下两相流系统进行了实验研究,得到流体在过载时流动特性和传热特性的初步变化规律。结果显示超重对流动和换热都会产生显著影响。试验结果对于飞行器上相变换热器的理论分析和设计积累了有价值参考资料。     

蓄冷板冻结与释冷的实验研究

通过实验的方式,分别研究了初始温度为30℃的Na Cl蓄冷板在-25、-35和-40℃的环境中的冻结过程以及初温度为-25℃的Na Cl蓄冷板在-10、-5和0℃环境中的释冷过程。实验结果表明:在冻结过程中,当环境温度低于Na Cl共晶液的共晶温度-21.2℃时,环境温度对共晶液开始结晶的时间有较大影响,而对共晶液从开始结晶至完全冻结过程所需时间影响较小;释冷过程中,环境温度高于Na Cl共晶液共晶温度-21.2℃时,外界环境对蓄冷板释冷所需时间以及共晶冰开始融化到完全融化的过程影响较大。     

喷嘴内制冷剂的两相流动实验研究

对制冷剂经喷嘴并伴随有相变的流动问题进行了实验研究。实验结果表明，在相同出口压力下，随着喷嘴入口压力的提高，制冷剂的流量近似线性地增加。     

磁力泵驱动两相冷却复合制冷系统特性分析和实验研究

为降低数据中心制冷系统的能耗,搭建了一种磁力泵驱动的两相冷却复合制冷装置,并对其进行了实验研究。结果表明,室外温度15℃时,泵循环模式的EER随冷凝器迎面风速先增大后减小,当风速为1 m/s时EER获得最大值。在热负荷为7.3 k W条件下,实验获得了两种运行模式的最佳转换温度;最后以哈尔滨和石家庄地区为例,模拟计算出泵驱动模式的全年最佳运行时间比。     

以乙醇溶液为冷却工质的开式喷雾冷却系统实验研究

在开式循环喷雾冷却系统上研究质量分数分别为10%、20%、30%、50%、70%、99%的乙醇溶液对喷雾冷却效果影响,结果表明:热沉表面热流密度和传热系数先随乙醇水溶液浓度的增大先增大,当乙醇质量分数为50%时达到最大值,随后随乙醇浓度的增大而减小。体积流量0.944 46L/min,乙醇质量分数为50%时,喷雾冷却传热系数为6.41 W/(cm~2·K),热流密度为216.04W/cm~2,较之纯水传热系数增加了34.95%,热流密度增加了24.9%。结果表明使用乙醇溶液作为冷却剂的喷雾冷却系统能同时满足高热流密度和低换热表面温度的要求,具有良好、稳定的换热冷却能力。推导了反映介质喷雾特性和蒸发强度对换热影响的光滑表面量纲一换热准则方程,涉及的物理参量较少,因此可方便用于工程设计。     

气空间对自然循环两相流系统启动过程稳定性影响实验

通过实验研究了一体化自然循环反应堆压力壳上部自稳压气空间对于自然循环两相流系统启动过程中流动稳定性的影响。实验结果表明,较小的气空间有利于抑制流量振荡。依此提出在反应堆启动过程中提高流动稳定性的新途径：首先在较小的气空间体积下开始启动,当达到额定热工参数后将多余的水放出达到所需要的正确运行状态。     

数据中心两相冷却技术现状与展望

随着数据中心行业的不断发展,IT设备能耗、热通量均逐渐提高,配套的制冷设备能耗占比增大,因此高效节能冷却技术逐渐受到关注。本文对现有的两相冷却技术进行了归纳、分类,并在此基础上提出了一种分布式两相冷却方法。同时介绍了两相冷却技术所涉及的冷却液物性、强化换热方法和系统热力学评估3个层面的研究进展。目前,数据中心冷却液的物性研究主要针对液相,缺少气相物性;沸腾换热和冷凝换热主要是通过对气泡和液滴的形成与脱离过程进行强化,缺少针对冷却液强化换热方法的研究;两相冷却系统具有优越的热力学性能,但存在相变引起的压力变化问题。     

纯电动汽车冷媒直冷电池热管理系统的实验研究

针对电动汽车动力电池能量密度逐渐上升及快充过程中电池发热量大的问题,本文提出采用蜂窝型单面吹胀铝板作为电池冷板的一种新型冷媒直冷电池热管理系统,充分利用制冷剂在流道内的高沸腾传热潜热处理动力电池热负荷。为了研究此冷媒直冷热管理系统的运行性能,构建了新型直冷系统的实验测试装置,并在UDDS标准工况下进行实验研究。测试结果表明:在6 k W下的最大设计发热量下,系统在150 s左右可快速响应热管理需求,具有较快的温度响应特性;电池冷板表面平均温度可控制在15～20℃的最佳温度区间,并达到温差小于4℃的良好均温性,且系统COP稳定在2. 8以上。     

微槽道表面喷雾冷却的实验研究

本文建立了以蒸馏水为工质的开放式喷雾冷却系统,研究了工质体积流量、槽道宽度、槽道高度对喷雾冷却系统换热性能的影响。结果表明:保持槽道高度为0.8 mm,喷雾流量为0.45 L/min时,随着槽底宽度从4 mm减小至1 mm,传热系数增加了41%;而当喷雾流量为1.25 L/min时,表面传热系数仅增加了8.5%,因此减小槽底宽度对喷雾冷却效果有一定的促进作用,但大流量时并不明显;保持槽底宽度为2 mm,改变槽道高度,当喷雾流量为0.45 L/min时槽道高度对热沉表面的换热影响较大,存在最优槽道高度(0.8 mm),此时热流密度和表面传热系数分别为198.5 W/cm~2、2.75 W/(cm~2·K),与光滑面相比增加了21.25%和30.95%,且存在最低表面温度;而当喷雾流量增至1.25 L/min时,喷雾冷却效果随着槽道高度的增加而持续增加。在以上基础上推导了微槽表面喷雾冷却强化换热机理,得出反映槽道尺寸对换热影响的微槽群表面无量纲准则方程。     

R134a喷雾冷却系统换热性能研究

本文建立了以R134a为冷却工质的封闭式喷雾冷却系统,研究了工质过冷度、质量流量和热流密度对喷雾冷却系统换热性能的影响。其中,工质过冷度由喷嘴入口前的过冷段控制,质量流量通过变频齿轮泵调节,热流密度通过改变加热电源电压和电流控制。实验结果表明,在热流密度和质量流量保持不变时,改变过冷度对热源表面温度和换热系数的影响并不明显;在热流密度和过冷度保持不变的条件下,系统存在一个临界质量流量值,在质量流量达到临界值之前,热源表面温度随质量流量的增大而降低,当质量流量高于临界值时,热源表面温度随质量流量的增大而升高;当质量流量和过冷度保持不变时,存在一个热流密度使液滴的蒸发量等于补充量,在此热流密度下热源表面系数能达到最大。     

环境参数对蒸发式冷却换热器性能影响的实验研究

本文利用由焓差室控制环境参数的水-水蒸发式冷却换热器实验台,研究喷淋密度、迎面风速和环境参数对其传热传质性能的影响。当改变喷淋密度和迎面风速时,测得最佳喷淋密度为0.031 4 kg/(m·s),最佳迎面风速为3.22 m/s;在最佳喷淋密度和最佳迎面风速的条件下,改变环境参数,测得湿球温度从22℃上升至28℃时,总传热系数降低约4.2%,传质系数降低约9.3%;相对湿度从85%降低至55%时,总传热系数上升约10%,传质系数上升约13.7%。     

部分负荷下板式蒸发器换热性能的实验研究

针对目前制冷系统大部分时间都在部分负荷状态下工作和板式蒸发器换热性能研究较少的这些情况,本文对部分负荷下板式蒸发器的换热系数进行了研究。通过实验和计算,得出了低流速下板式蒸发器换热系数、制冷剂侧换热系数随水流速的变化关系,为板式蒸发器的设计和选型提供了参考。     

小通道钎焊板式冷凝器性能仿真与实验研究

本文针对当量直径为1.5 mm的小通道钎焊板式冷凝器的换热和压降特性进行了仿真和实验研究。采用有限体积法建立了一维稳态分布参数模型,对R134a和R1234yf两种制冷剂在板间冷凝换热的性能进行仿真模拟,并对模型进行了实验验证。实验结果表明:本文所建立的仿真模型精度较高,换热性能平均误差为4%,压降平均误差为16%,可用于分析换热器的整体性能。最后用此模型仿真对比了R134a和R1234yf在小通道钎焊板式换热器内的冷凝换热特性,结果显示,在相同工况下,用R1234yf替代R134a,传热系数平均下降9%,压降平均下降8%。