Direct simulation of MHD flows in dual-coolant liquid metal fusion blanket using a consistent and conservative scheme

Direct simulation of 3-D MHD(magnetohydrodynamics) flows in liquid metal fusion blanket with flow channel insert(FCI) has been conducted.Two kinds of pressure equilibrium slot (PES) in FCI,which are used to balance the pressure difference between the inside and outside of FCI,are considered with a slot in Hartmann wall or a slot in side wall,respectively.The velocity and pressure distribution of FCI made of SiC/SiC_f are numerically studied to illustrate the 3-D MHD flow effects,which clearly show that the flows in fusion blanket with FCI are typical three-dimensional issues and the assumption of 2-D fully developed flows is not the real physical problem of the MHD flows in dual-coolant liquid metal fusion blanket.The optimum opening location of PES has been analyzed based on the 3-D pressure and velocity distributions.

Variants of Nuclear Power Plants of Small and Medium Power with Heavy Liquid-Metal Coolants

New design solutions have been proposed for a BRS-GPG type reactor circuit, which are different from transport and stationary low and medium-powered reactor installations cooled with heavy liquid-metal coolants, and which correspond to the evolutionary development of such installations. While developing these solutions, the available experience in creating and operating Soviet pilot and commercial power plants cooled with lead-bismuth coolants was used, including investigations, primarily experimental ones, carried out by team of authors in justification of a capacity range (50 - 250 MW) of low and medium-powered reactor plants with horizontal steam generators (BRS- GPG) proposed and elaborated at the NNSTU.

液体浸没条件下锂离子电池新型热灾害的研究进展与挑战

在“碳达峰、碳中和”的背景下,浸没式液冷技术是具有良好应用前景的锂离子电池热管理技术之一。在新一代热管理系统中,锂离子电池热失控诱导火灾依然是一个重大的安全隐患。本文全面梳理了当前浸没式液冷技术的研究进展,分析了浸没条件下锂离子电池热灾害的多种模式,提出锂离子电池新型热灾害的研究趋势。首先,介绍了浸没式液冷技术及其优劣势、液冷方法以及液冷介质,重点介绍了相变液冷技术以及部分常用液冷剂的物性参数;其次,梳理了近年来浸没式液冷技术的进展与政策;再次,从浸没条件下锂离子电池老化、热失控以及二次灾害等方面对浸没条件下新型锂离子电池热灾害的模式进行了深入分析和讨论,并指出现有研究存在的不足;最后,提出未来浸没式液冷条件下,新型锂离子电池安全防护技术研究的发展方向。文章有助于提升浸没条件下锂离子电池组热安全性,增强热灾害发生后的应急能力。

液冷散热式预制舱储能系统冷却液回路设计

随着液冷式预制舱储能推广,亟需冷却液回路设计方法。从工程实用角度出发,针对液冷板,提出了普适于常见3至4排电芯电池包的U形流道结构,分析了流道宽度、高度设计方法;针对液冷管路,提出管路并联式排布和管路变径的方案,阐述了管路流量、节流孔尺寸设计方法。依托1 MW/2 MWh海岛储能工程,分析了工程设计实例。收集并分析了现场运行情况,所设计方案能将电池温度控制至预定区间,电池温差不超过3℃。

液冷服务器在数据中心的应用研究

风冷服务器使用空气作为换热介质进行散热,制冷效率较低。同时,单芯片算力密度的增加和AI服务器的出现使得风冷散热逐渐成为瓶颈。液冷服务器使用工质水或者氟化液等液体作为换热介质,相同流量的液体相比空气散热能力有大幅提升,能够有效解决大功耗芯片和设备的散热问题,同时降低PUE值,逐步成为一种数据中心制冷新型解决方案。本文介绍了液冷技术的优势,分析了不同的液冷技术路线,提出了冷板式液冷服务器的技术要求和对机房环境的要求,为在数据中心部署液冷服务器提供了实践指导。

电化学储能系统热管理技术研究进展

锂电池储能具有循环特性好、响应速度快、系统综合效率高等特点,是目前市场上推广应用最多的储能方式。从电化学储能系统热管理关键技术出发,对空气冷却和液体冷却(冷却板液体冷却及浸没式液体冷却)的电化学储能热管理技术的研究现状进行了介绍,并对浸没式液冷技术的发展进行了展望。随着电化学储能迅速发展,浸没式液冷热管理技术将会大规模应用,与之配套的浸没式冷却液未来的潜在市场容量可达万吨级以上。(图3表0参考文献9)

动力电池液冷板换热技术研究现状

动力电池液冷换热技术目前发展较为成熟,其中液冷板换热是常见的液冷换热形式,直接影响着动力电池的换热性能。分析了液冷板换热技术发展脉络,结合其换热原理,从液冷板结构、流道尺寸优化、冷却液介质及液冷板制造工艺分析了动力电池液冷板换热技术的研究现状。研究发现:新型结构型式液冷板的换热性能高,但其结构复杂,制造难度大;液冷板流道尺寸优化可提高换热效率并节省系统能耗;乙二醇溶液是目前常见的冷却液介质,一些高性能新能源车采用纳米流体冷却液;采用冲压、钎焊工艺制造的液冷板广泛应用于新能源汽车。

基于层次分析法的新型数据中心浸没式冷却液的选型策略

当前,浸没式液冷散热方式所展示的突出散热性能、优良节能效果、显著社会经济价值和更长产品生命周期的特点,引得行业内外广泛的关注与研究。碳氢类、有机硅类和碳氟类等三类化合物是浸没式冷却液市场的主流选择。这三类冷却液的物化性能具有较明显的差异,各有优缺点的特性,无法进行简单的参数横向比较优劣,而且需要兼顾化学、物理特性参数,考虑冷却液对服务器高速信号完整性的影响。但是,业界并没有统一的共识或标准,来划分上述三类冷却液各项物化特性参数的权重,没有对各参数重要程度的优先级排序,这是服务器厂商在筛选合适的冷却液、在设计浸没式液冷系统时面临的痛点之一。运用层次分析法,计算出饱和蒸气压是权重最大的冷却液化学特性参数,介电常数是权重最大的物理特性参数,提供一种服务器厂商在冷却液选型和系统设计过程中的决策参考。

浸没式液冷服务器PCB的信号完整性仿真分析

浸没式液冷散热在高密度发热功率的服务器上得到广泛关注,为了探究液冷环境对服务器PCB信号完整性的影响,对常规风冷到液冷环境变换对PCB信号完整性的影响进行了研究;针对空气介质和冷却液介质因介电常数变化,影响PCB走线信号的传输特性阻抗问题,采用软件SI9000构建了仿真模型,对两种介质下PCB微带线单端信号、差分信号的阻抗进行仿真分析,模拟服务器从空气介质到浸没冷却液介质的PCB信号走线阻抗变化,并对冷却液不同介电常数对阻抗变化进行仿真分析,结果表明,当冷却液介电常数小于2.2时,PCB微带线走线阻抗变化较小,对其信号完整性影响较小,仍满足相关规范的误差要求,对数据中心浸没式液冷行业中冷却液的选择应用提供参考。

CPU液体冷却器件及冷却液材料研究进展

综述了目前关于计算机CPU散热的3种液体冷却系统(大器件液冷循环系统、热管冷却系统和液体喷射冷却系统)及所采用的多种冷却液(水、液态金属和纳米流体)的研究进展;比较了3种液冷器件和3种冷却液的优缺点,指出热管冷却系统和纳米流体更加具有竞争优势;最后展望了CPU冷却器件和冷却液的发展前景。

熔融锂液滴与冷却剂在不同温度下的相互作用实验研究

针对未来聚变装置中严重事故时可能发生的液态锂与冷却剂相互作用及爆炸过程,建立实验装置并在其上开展了熔融锂液滴与冷却剂相互作用实验研究。观测了不同初始温度下锂液滴与冷却剂相互作用的爆炸过程,对不同工况下的峰值压力进行了比较,并分析了熔融锂液滴初始温度和冷却剂初始温度对爆炸作用的影响。研究结果表明,熔融锂液滴与冷却剂接触面积的显著增大是产生压力峰值的关键因素,当熔融锂液滴温度超过300℃,冷却剂温度超过50℃时,熔融锂液滴与冷却剂相互作用爆炸强度明显增大;但是当冷却剂温度超过70℃时,爆炸反应反而受到了抑制。同时,在评估熔融锂液滴与冷却剂相互作用风险时,蒸汽爆炸作用的影响不可忽视。

气-液条件下导叶出口位置对反应堆冷却剂主泵性能的影响

为研究在气-液两相流条件下,导叶出口边安放位置对反应堆冷却剂主泵(主泵)内部流场特性的影响,采用三维建模软件Pro/E建模,网格划分软件IECM划分非结构网格,计算流体动力学(CFD)软件CFX进行数值模拟。模拟过程中采用雷诺时均N-S方程和k-ε湍流模型,使用多相流模型中的混合物模型对主泵在气-液两相条件下的内部流场进行数值模拟。对不同导叶出口边安放位置时泵壳和导叶内的含气率分布、液相和气相相对速度分布进行研究。结果表明,在气-液两相流条件下,不同导叶出口边安放位置对导叶和泵壳内的含气率、相对速度分布有一定的影响;不同导叶出口边安放位置时,泵壳内的气体聚集程度不一样,当导叶出口边位于泵壳中心垂直平面上时,泵内部流动效果最佳。

1000MW核主泵失水事故工况下气液两相流分析

针对1 000MW压水堆核电站主泵水力性能要求,在对核主泵进行水力设计和三维造型的基础上,采用CFD技术对失水事故工况核主泵气液两相流进行数值计算,并分析了失水事故工况下的核主泵气体分布,不同空泡份额工况下气体在流道内变化,以及空泡份额、冷却剂温度对核主泵扬程、效率的影响。计算结果表明:事故工况核主泵叶轮内气体主要分布在叶轮轮毂附近区域;沿叶轮轴向方向含气量逐渐增高,而沿径向方向含气量逐渐降低;当空泡份额在15%范围内,随着空泡份额的增加,扬程由113m降低到85m,效率由75%下降到65%,但仍能正常工作;当空泡份额大于15%,泵性能急剧下降,扬程下降到48m,效率也降低到31%,泵丧失正常工作能力;冷却剂温度在270～350℃范围内,随着冷却剂温度增加,效率、扬程变化很小,但当温度超过350℃,主泵的性能急剧下降,致使主泵无法安全运行。

含气率对AP1000核主泵影响的非定常分析

为研究含气率对核主泵内部各点压力影响规律及不同泵进口含气率时气体在核主泵内的分布情况,在对核主泵进行水力设计与三维建模基础上,采用CFD技术对核主泵失水事故气液两相流工况进行瞬态数值模拟。通过模拟不同泵进口含气率时核主泵内部流动的瞬态特性,研究泵进口含气率对泵内各点压力的影响规律及气体分布。结果表明,泵进口含气率增大泵内各点压力随之降低;含气率小于0.1时其对监测点压力脉动主频振幅影响不大,且泵内气体聚集现象不明显;含气率大于0.2后监测点压力脉动主频振幅稍有下降,且泵内开始出现明显的气体聚集现象。

气液两相条件下核主泵导叶出口边安放位置

为了研究气液两相条件下,不同导叶出口边安放位置对核主泵内部压力脉动、含气率脉动的影响,并最终找出最佳的导叶出口边安放位置,采用三维数值模拟软件CFX模拟泵内部的瞬态流场,在泵壳内壁面和出口不同位置设置监测点,以了解各模型内部不同时刻、不同位置的压力、含气率分布.对比不同模型相同点的压力脉动、含气率脉动的时域、频域图可以发现:导叶出口边在泵壳中心平面(C-C平面)时,泵壳壁面上各点所受压力较小且较平稳,即压力脉动引起的振动、噪声较小,从安全性方面考虑,此时导叶出口边安放位置最佳;泵壳壁面上的压力脉动主要受叶轮的转动影响;除了类似隔舌处外,叶轮的转动对泵壳壁面和出口含气率脉动的影响不大,沿着液体绕流方向泵壳内壁面上的含气率逐渐增大,到出口达到最大.

基于傅里叶变换近红外透射光谱的汽车用无水冷却液和制动液掺水检测

冷却液和制动液是车辆工作过程中非常重要的油品,对车辆的正常运行具有非常重要的作用。在冷却液和制动液中掺水是掺假的主要手段之一,掺水后的冷却液和制动液,其有效成分会减少,从而影响了冷却液和制动液本来的功能,对车辆造成危害,从而影响车辆的正常运行。实现对冷却液和制动液含水率的快速准确检测,是保证冷却液和制动液品质的关键。采用傅里叶变换近红外光谱对不同品牌的掺水的汽车无水冷却液和制动液含水率检测进行了研究。分别采集了3个不同品牌无水冷却液和4个不同品牌制动液在掺入不同含水率(0%,5%,10%,15%,20%,25%,30%,35%)下的近红外透射光谱,并基于10067~5442cm^-1范围内的光谱进行了研究。不同含水率的无水冷却液和制动液近红外透射光谱存在差异。单个品牌不同含水率的无水冷却液及制动液的主成分分析(PCA)表明不同含水率样本之间存在差异。采用二阶导数(Second derivative)对单个品牌以及包含有不同品牌的无水冷却液及制动液(不同含水率)的特征波数进行了选择,发现不同品牌之间选择的特征波数相近,且单个品牌与包含不同品牌之间选择的特征波数也相近,而经过特征波数选择后波数减少了至少98.67%。基于单个品牌样本的全谱以及包含有不同品牌样本的全谱和特征波数,分别建立偏最小二乘(PLS)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型,所有模型的建模集和预测集决定系数均高于0.9,剩余预测偏差(RPD)均高于3,含水率预测模型取得了较好的预测结果。基于全谱的模型预测效果与基于特征波数的模型预测效果相当,表明特征波数选择可用于无水冷却液和制动液中含水率的检测。基于单个品牌样本的模型预测效果与包含不同品牌样本的模型预测效果相近,表明包含品牌差异,建立基于多个品牌的无水冷却液和制动液掺水量的预测模型是可行的。研究结果表明,近红外透射光谱结合化学计量学方法可用于不同品牌汽车无水冷却液和制动液掺水量检测,为研究开发在线检测仪器奠定了基础,也为其他类型的车用液体制品中含水率的检测提供了技术和方法参考。

纯电动汽车动力电池组液冷系统优化及冷却性能研究

散热问题是影响电动汽车电池寿命以及行车安全性的重要因素。针对目前电动汽车动力电池导热系数较低、液冷系统结构不合理等问题,对18650型电池的散热问题进行研究。分析了电池放电过程中的生热特性,建立电池组模型,对其放电过程进行热仿真。根据仿真结果中存在的问题,对冷却系统结构进行优化设计。同时,为研究冷却液初始温度对液冷系统冷却性能的影响,分析了不同冷却液初始温度下电池组温度变化情况。仿真结果表明:优化后的液冷系统结构可有效提高电池组的导热效率,在放电开始后272 s内使电池组内最大温度差达到标准,传热率提高了47. 7%。在20~30℃范围内,随着冷却液温度的升高,放电终止时电池组内的最大温度差逐渐降低,达到标准温差时间有效缩短,在采用逐步降低冷却液温度的方法后可进一步提升液冷系统的散热能力。

侧壁液冷机箱热性能测试

对直接液冷系统和间接液冷系统进行了简单对比,阐述了间接液冷系统的组成,并建立了间接液冷测试系统。对侧壁液冷机箱不同热功耗下热性能进行了测试,得出工业档及军品器件适用的模块功耗,同时测试了冷却液温度变化和模块结构件厚度对模块芯片温度的影响。

AP1000核主泵排气过渡工况下瞬态流动特性研究

为了研究核主泵在排气过渡工况下的气液两相流瞬态流动特性,基于非均相流模型,采用CFX软件对核主泵排气过渡工况进行瞬态数值模拟,通过分析叶轮、导叶流道内的压力脉动、涡量变化及速度分布,得到了排气过渡过程的流动变化规律。研究结果表明:气液两相工况下,叶轮各流道内气相、液相的不均匀分布及两相之间的滑移作用,导致叶轮径向力产生大幅度波动;核主泵采用的扭曲型径向导叶,在进口含气率较高的工况下,其流道内易产生气泡堆积现象,使过流面积减小,产生较大的能量损失;核主泵类球形蜗壳的对称性结构,使左侧类隔舌部位出现低流速区,堵塞了部分出口流道,这也是核主泵排气过渡工况运行不稳定的重要原因。