柔直换流阀用相变冷却工质击穿特性研究

相变冷却技术冷却效率高、安全可靠,有望攻克柔直换流阀散热瓶颈,实现其高压、大容量发展,在换流阀冷却领域具有良好的应用前景。为实现相变冷却换流阀绝缘系统可靠设计,该文设计研制了三相态相变冷却工质可调频绝缘特性测试专用平台,并以换流阀用相变冷却工质为研究对象,依据换流阀典型运行工况,利用专用测试平台开展了相变冷却工质三相态、50~300 Hz频率范围的绝缘击穿特性研究。得到了相变冷却工质击穿特性随工质相态及电压频率的变化规律,分析了相变冷却工质不同相态的击穿机理,揭示了工质相态和电压频率变化对冷却工质击穿特性的影响机制。研究工作不仅解决了高频下相变冷却工质的三相态耐压测试方法问题,且所得研究成果为相变冷却柔直换流阀的绝缘设计奠定了基础,同时可指导相变冷却技术在其他电力电子器件及装备上的应用。

高功率二极管激光器相变冷却技术

根据高功率二极管激光器的散热需求,设计了一种储能式相变冷却实验系统,并开展了喷雾相变冷却器和微通道相变冷却器的设计。采用多孔微结构的换热表面,用氨做制冷剂,实现了喷雾相变冷却器表面温度37℃时,散热功率密度达到了511W/cm2。采用节流汽化原理,分别设计了背冷式相变微通道冷却器和薄片型的模块式相变微通道冷却器,背冷式相变微通道冷却器采用氨做制冷剂,散热功率密度达到了550W/cm2,采用R124做制冷剂,散热功率密度约270W/cm2。采用R124做制冷剂,实现了脉冲激光功率3kW和连续激光功率100W的相变冷却二极管激光器模块封装。

脉冲功率3kW二极管激光器叠阵的相变冷却

针对二极管激光器叠阵的高效散热冷却开展了研究,设计了基于R134a制冷剂的相变冷却系统和以节流式微通道相变冷却方式工作的冷却器,完成了脉冲功率3 kW叠阵的封装,并分析了制冷剂在热沉进出口的温度对叠阵出光波长的影响。实验测试结果表明:在20%的高占空比下,电流197 A时叠阵的输出功率达到3 030 W,插座效率为39%,光谱宽度小于3.8 nm,冷却器内R134a的气化率约为50%。制冷剂R134a的流量为0.60 L/min,仅为水系统的1/5,大幅减小了冷却液流量和热管理系统的体积。

采用微槽群复合相变冷却技术变压器的温度特性仿真分析

应用传热学和流体力学的原理,建立了基于微槽群相变(Micro-Grooves Composite Phase,MGCP)冷却技术的新型1 000k V·A三相变压器有限元模型。研究了不同负载下变压器内部的三维温度场分布特性,并与普通干式变压器进行对比研究。结果表明采用微槽群复合相变冷却技术进行冷却的变压器具有更好的散热能力。

锂离子动力电池相变冷却实验研究

制备了石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并测试其热物性参数,搭建了相变冷却锂电池模块充放电实验台架.针对一个25并的锂电池模块,在低温,常温,高温等不同工况下进行电池充放电测试,得到电池模块不同测点的温升曲线,并探究了不同工况下放电结束时刻锂电池的最高温度和温度分布均匀性情况.研究表明,相变冷却对锂电池模块具有很好的控温和均温效果.

基于相变冷却的大功率二极管激光器技术

设计了一种基于相变冷却方式工作的大功率二极管激光器,该激光器的散热器是基于节流式喷射微槽道相变冷却的原理,使冷却液在微槽中的气化率达到了70%,大幅度提高了冷却效果,减小了冷却液流量,在同样制冷功率条件下,冷却液流量仅为水冷方式的1/10。利用相变冷却器进行了背冷式半导体激光器叠阵封装工艺的研究,采用复合热沉与AuSn硬焊料结合的新型封装工艺,完成了准连续3 kW叠阵的封装。实验测试表明,单元叠阵的输出功率达到3.01 kW,占空比10%,封装间距为1.3 mm,光谱宽度小于3.5 nm。最大功率输出时所需R134a冷却液的流量仅为110 mL/min。

大功率电力电子器件相变冷却技术的实验研究

大功率电力电子器件的冷却散热问题,已成为集成化大电容发展的瓶颈,受到越来越广泛的关注。文中采用相变冷却技术,设计两种冷板:带有强化换热结构和非强化换热结构,用于绝缘栅双极型晶体管模块(Insulated Gate Bipolar Transistor IGBT)散热,对两种冷板温度分布进行数值模拟,并利用自建的实验平台对两种冷板的性能进行模拟试验。结果表明:两种结构的冷板均能满足功率器件的结温要求,同功率条件下,带有强化换热结构的冷板温度更低,具有更好的均温性,在3 000 W和4 000 W功率下,冷板温度分别为56.6℃和59.5℃,为系统结构设计提供指导。

不同电子氟化液对浸没式相变冷却系统性能的影响

为满足数据中心日益增长的热管理需求,本文采用了浸没式相变冷却技术,建立了浸没式相变冷却系统的性能模型,对4种常用电子氟化液进行模拟,以验证这4种工质对浸没式相变冷却系统性能的影响。模拟计算结果表明:1)4种电子氟化液中,D-1适用压力范围最广,启动所需要的热流密度值最小,但最大散热能力弱于FC-72和HFE-7100,综合性能较强;2)随着流速的增大,冷却水所能携带的热量最终趋于稳定,不同电子氟化液对管内冷却水压降的影响基本相同;3)提高冷却水进口温度,有利于出口冷却水的能量回收利用,但系统散热效果不佳;降低冷却水进口温度,有利于增大传热温差从而提高散热能力,但可能会出现冷量利用效率较低的问题;4)模拟计算所得的曲线图中,在相同冷却水进口温度、冷却水流速等条件下,D-1蒸气环境中冷却水携带的热量、进出口温升曲线均与Novec 649接近或基本重合,因而可在浸没式相变冷却中替代Novec 649发挥较好的散热效用。

水轮发电机相变冷却技术在罗姑水电站的应用

本文介绍了水电机组相变冷却技术的原理和该系统在罗姑水电站的应用。实测并记录了发电机不同工况运行下,机组各部的温度,并对温度随机组负荷增加的变化情况作了对比。对相变冷却技术的特点进行了分析。

高速列车牵引变流器中IGBT的相变冷却实验研究

以CRH2型动车组的牵引变流器冷却系统为研究依据,确定了牵引变流器中功率元件IGBT的冷却方案以及功率元件IGBT的冷却系统结构,利用CAD平面制图软件绘制相变冷却系统的零件结构,借助Solid Works三维造型软件构建相变冷却系统模型,最终确定了冷却物理模型,建立了牵引变流器功率元件IGBT相变冷却系统实验台。对安装有微槽结构形式冷却基板并充入制冷剂的圆管散热器进行了在不同加热功率及不同风速条件下的散热性能测试,获得了不同工况下相变冷却系统的总传热系数及冷板下表面温度在不同风速下的变化,证明了加热功率和风速对系统换热能力的影响。最终为相变冷却系统的设计提供了设计思路,也为工质相变产生机理提供了研究依据。

相变冷却服舒适性实验研究

穿着相变冷却服是减少热应激的方法之一。本文通过真人着装实验,首先评价了不同相变温度的冷却效果,然后为了减轻重量改善湿感,采用两种温度组合的形式测试了其效果。结果表明,相变温度越低,人体舒适度越高。当温度小于等于21℃时汗蒸汽出现冷凝现象。采用16℃和26℃两种温度的搭配可以获得接近16℃的效果,能够在保证舒适度和冷却时间的情况下减轻衣服重量。在相变冷却服中胸部、背部、腰部适合放置相对较低的温度,其中在胸部布置效果更好,而腹部适合放置相对较高的温度。综合舒适度与出汗情况,在胸背放置16℃、腰腹放置26℃是最佳的选择。

基于相变冷却技术的数据中心新型制冷方案研究

从基础理论出发,构建出一套从机柜到室外环境的相变换热制冷循环系统,使用制冷剂气泵、制冷剂液泵、蒸发冷凝及重力热管等技术,高效地将服务器散发的热量搬运到室外环境中,整个过程没有中间换热环节,将蒸发温度和冷凝温度的差值做到最小。试验测试结果表明,在全国核心城市数据中心应用此套制冷方案,全年平均能效比达到20以上。同时,该系统还具有峰值能效高、适用性、兼容性等优势,进一步降低数据中心的建设和运行成本。

相变冷却技术在红山嘴电厂的研究与应用

利用特殊工质液相、气相相互转化吸收和散发热量的物理特性,建立一种新的水电站自循环冷却方式,替代传统水电站常规冷却水系统,使水轮发电机组定转子温度和各导轴承温度控制在规定范围内,降低水电站厂用电率,提高水电站冷却系统工作可靠性。

相变结构体对动力锂电池组冷却效果的模拟研究

针对高能量密度动力锂离子电池在不同温度下的冷却问题,设计基于相变结构体的电池冷却模块。在锂离子电池阵列中嵌入不同结构和参数的相变结构体,对不同工作环境下的电池组温度场进行三维模拟分析,依据计算数据及传热理论对结构体进行优化。结果表明:环境温度为308.15 K时,尺寸达到5.5 mm×41 mm×505 mm的相变结构体,能保证电池组在安全范围内工作;环境温度为313.15 K时,在电池和电池箱体之间增加相变材料填充量,相变温度为42~44℃和46~50℃时电池组内最大温差为3.82 K和3.98 K。

泵驱动的制冷剂相变冷板冷却系统实验研究

元器件的小型化和性能的提升使电子器件功率不断提高,优越的散热性能对于保证电子器件的可靠性具有重要意义。本文搭建了泵驱动的制冷剂相变冷板冷却实验系统,设计加工了4块不同材质(铜、铝)和流道高度(10、15 mm)的相变冷板,对散热功率为200~1000 W、热流密度为4.4~22.2 W/cm^(2)的集中热源在制冷能力为3~11 kW和不同热源位置时的冷板换热性能、阻力特性及泵功耗进行了研究。结果表明:相变冷板换热性能优越,在应对散热量为1 kW、热流密度为22.2 W/cm^(2)的集中热源时,传热系数最高可达26 kW/(m^(2)·℃),在系统总阻力小于20 kPa、制冷剂泵功耗小于20 W时可以实现模拟热源表面与制冷剂温差小于15℃,可以利用天然冷源进行散热,实现节能;相变冷板的换热特性可由翅片效率计算式和Kandlikar传热关联式进行描述,使用理论公式计算出的冷板温差与实际值偏差小于1℃,可以指导冷板流道设计。

相变材料在数据中心绿色冷却中的研究进展

综述了相变材料在数据中心绿色冷却方面的研究现状。对数据中心能耗情况和相变材料进行简单介绍,说明相变材料在数据中心的应用意义,从数据中心冷却和储能两大方面分别叙述了相变材料的功能和应用进展,对相变材料在未来数据中心的发展进行了展望,并为后来研究提供相关参考。

泵驱动相变冷却系统中储液器压力响应特性

储液器作为泵驱动两相冷却系统的关键设备,其响应特性将直接影响系统的运行效果.通过储液器压力特性在泵启动过程、热源启动过程和系统稳定运行过程之间响应关系的实验研究和理论分析,结果表明在机械泵启动阶段,由于工质R134a的物理特性和和齿轮泵的工作特性,储液器压力越低,系统启动越稳定.储液器压力的变化,对热源启动过程影响较小,热源启动稳定.在稳定运行阶段,储液器压力越低,蒸发器出口温度波动越大.

大冷量相变喷雾冷却的实验研究

相变喷雾冷却具有很高的换热效率和临界热流密度,为了获得大冷量相变喷雾冷却特性,文中设计并搭建了开式喷雾冷却性能实验台,采用R22制冷剂开展了大热流密度喷雾冷却特性的实验研究,详细研究了不同喷嘴入口压力、不同喷雾高度以及不同加热功率下R22的喷雾相变冷却效果。实验结果的分析表明:采用R22时最高热流密度可达到150W.cm-2,其对应的被冷却表面温度为-29.0℃,具有高热流密度及低冷却表面温度的显著特点;实验还从一定程度上揭示了喷嘴高度和喷嘴入口压力对R22喷雾冷却效果的影响。

相变区控制冷却速度对ER70S-6钢线材组织性能的影响

通过热模拟机Gleeble 15 0 0对控制冷却过程的模拟 ,研究了相变区冷却速度 (即冷速 )对ER70S 6焊线钢的组织结构、铁素体量、铁素体平均晶粒尺寸和力学性能的影响。试验结果表明 ,在相变区冷速小于 1℃ s时 ,钢的塑性较好。

相变冷却服发展趋势

冷却服能够为高温作业人员提供降温保护,提高人体微气候区的舒适度。分析了各种类型冷却服(气体冷却服、液体冷却服和相变冷却服)的降温方式、原理、特点及研究进展,着重阐述了相变冷却服的关键技术及发展方向:研究易塑性、耐腐蚀性的封装材料和相应的封装技术,解决液相相变材料存在的变形、泄露及水蚀问题;将纳米技术与相变材料微胶囊结合,研制作用时间长、散热良好的复合相变材料,提高相变材料的导热系数;将相变冷却技术与其他技术相结合,开发作用效果可调控的新型冷却服,同时研制可快速激活相变材料的设备或新型材料,使相变材料能够快速蓄冷。