机械泵两相冷却系统过热现象的实验研究

机械泵驱动两相冷却系统是一种以机械泵为驱动力的封闭式相变传热设备。在对该系统进行研究过程中发现,当启动蒸发器热负荷时,在蒸发段出口将产生明显的过热现象,并且有较大的压力脉。通过对大量实验对与过热度有关的启动温度、流量和启动热负荷进行比较分析,得出启动温度越低,产生的过热度越大的结论:启动温度越低,启动需要的过热度相对要大;其次,热流密度越大,过热时间维持的越短;最后,从过热状态到两相状态的闪蒸过程将系统的阻力发生较大变化,流量越大压力脉冲越高。     

机械泵驱动冷却回路在模拟航天温度边界下散热能力分析

对机械泵驱动两相冷却系统在模拟太空工作的边界问题条件下散热能力和工作特性进行实验研究,从而得到结论:当系统的热负荷较小而边界温度较低时,放热量变大使系统平均温度降低,造成蒸发段温度无法控制,冷凝器的温度也可能会降到低于工质的凝固点冻结,冷凝段管路也将因固态工质堵塞而无法循环,此时需采取降低储液器设定温度的方法来减小系统的放热量.当系统的热负荷较大而边界温度较高时,系统在冷凝器的放热量较小而使得热负荷无法完全释放时,系统的平均温度上升,造成泵的入口温度达到工质的饱和温度,产生的气泡有可能会对机械泵内的部件产生气蚀,并引起机械泵工作不稳定,无法保证设定的流量循环.实验结论为该类系统的设计与应用提供了可靠的依据.     

机械泵驱动冷却回路在模拟航天温度边界下散热能力分析

 对机械泵驱动两相冷却系统在模拟太空工作的边界问题条件下散热能力和工作特性进行实验研究,从而得到结论：当系统的热负荷较小而边界温度较低时,放热量变大使系统平均温度降低,造成蒸发段温度无法控制,冷凝器的温度也可能会降到低于工质的凝固点冻结,冷凝段管路也将因固态工质堵塞而无法循环,此时需采取降低储液器设定温度的方法来减小系统的放热量。当系统的热负荷较大而边界温度较高时,系统在冷凝器的放热量较小而使得热负荷无法完全释放时,系统的平均温度上升,造成泵的入口温度达到工质的饱和温度,产生的气泡有可能会对机械泵内的部件产生气蚀,并引起机械泵工作不稳定,无法保证设定的流量循环。实验结论为该类系统的设计与应用提供了可靠的依据。     

二氧化碳两相冷却系统的特性

将CO2作为新型机械泵驱动两相流冷却系统的循环工质研究其在两相区的工作特性.在对该系统的各个重要组成器件和工作原理进行阐述后,通过实验对系统在变热负荷变流量条件下的动态响应特性进行研究,并由实验数据对储液器与主回路之间的热质交换进行分析.结果表明:由于系统参数和边界条件的改变引起储液器内气液相界面的震动,使得系统的绝对压力有所变化,从而引起储液器内处于两相状态工质温度的变化,而储液器的温度决定了蒸发器的温度,所以在流量改变和热负荷变化的时候蒸发器内工质会产生温度的脉动;由于CO2具有稳定的化学性质和良好的热力学特性,特别是在饱和态下比其他制冷剂更小的液/气密度比,使其作为机械泵驱动环路式热管系统的循环工质不仅减小了系统的设计体积和质量,而且能够实现长距离复杂回路小温度梯度均匀的散热效果和稳定的工作状态.     

风速分布对双排管两流路蒸发器性能影响的模拟研究

利用EVAP-COND软件计算分析了风速均匀分布以及风速呈下三角、上三角、中三角分布对双排管两流路蒸发器性能的影响,结果表明:风速分布越均匀,蒸发器的换热量越大,风速呈中三角、上三角和下三角分布时蒸发器的换热量分别比均匀分布时小8.5%、34.3%和35.3%;风速非均匀分布使两支路的风量不同,导致总传热系数减小,从而使得蒸发器的换热量减小;两支路的风量差别越大,制冷剂出口状态差别越大,制冷剂流量就越小,蒸发器的总换热量也就越小;风量大的支路易产生逆向传热现象,这更加恶化了蒸发器的传热性能,而空气温度低于制冷剂温度是逆向传热产生的原因;风速非均匀分布时,支路数对蒸发器的性能影响非常显著,存在着使蒸发器换热量最大化的最佳支路数.     

低干度两相流工质在矩形流道冷板内的换热特性实验研究

为了提高电子设备在两相蒸发沸腾冷却换热系统中的冷却效果,对低干度两相流工质R22在矩形流道蒸发冷板内的换热特性进行实验研究。通过调节板式电加热的输入功率来控制工质进入蒸发冷板前的干度,从而得到不同负荷不同干度下系统的换热性能,结果表明:在低干度、低充灌量以及低流量的两相流蒸发冷却系统中,系统的换热能力随着干度的增大而降低。通过分析系统内部压力与流量的关系发现,系统内部压力受气液相比例影响,随系统负荷增大而增大,系统流量随系统内部压力的增大而增大,最终达到特定工况下的最大值。由此可见,低干度、低充灌量、低流量的两相流蒸发冷却系统对电子设备的降温效果是有利的,其可以降低系统能耗,保证系统运行安全,降低系统振动。该结果为板式两相流蒸发冷却系统设计提供了实验依据。     

新型涡轮-泵驱动式回路热管设计及热力学分析

针对热管在逆重力条件下工作时冷凝液回流驱动力不足的问题,提出了一种全新的涡轮-泵驱动回路热管系统.该系统利用蒸汽驱动涡轮和与之连在一起的机械泵,机械泵直接驱动冷凝液返回到蒸发器而实现系统循环,其传热能力由蒸发段的沸腾极限确定,极限热流密度可达到70~80W.cm-2以上,大大超过了毛细泵回路热管由毛细力所确定的传热能力.热力学分析表明,蒸发段和冷凝段的温差达到10℃以上,涡轮-泵装置即可为冷凝液提供足够的回流驱动力.对于高热流密度耗能设备的热传输问题,该回路热管系统是一种很好的解决方式.     

支路数对热泵空调中冷凝和蒸发两用换热器性能的影响

在空气的进口状态和流量、换热器的几何结构尺寸、管路排布方式等相同时，研究了支路数对蒸发和冷凝两用换热器流动与传热性能的影响规律．结果表明：随支路数增多，空气与制冷剂间的传热温差会增大，但总传热系数却会变小；室内换热器作蒸发器时，换热量先升后降，最小值比最大值小23．2％，存在使换热量最大的最佳支路数，在支路数小于或大于最佳支路数时，换热量的主导因素分别为传热温差与总传热系数；室内换热器作冷凝器时，换热量随支路数增多单调递减，最小值比最大值小40．55％，总传热系数始终是制约换热量的主导因素．因此，为协调并同时提高制冷、制热循环的效率，需要优化热泵系统中换热器的支路数．     

R22与R410A热泵中蒸发器性能随支路数变化的比较

利用EVAP-COND软件,模拟对比了在室内换热器中分别采用R22与R410A制冷剂时蒸发器的性能随支路数的变化,结果表明:室内换热器作为蒸发器时,R410A的换热量比R22的要大,换热量之差随支路的增多先减后增,最大差别幅度为19.41%;作为蒸发器时,R410A第1排管的传热温差和传热系数都比R22的要大,而第2排管基本相同,因此R410A和R22蒸发器换热量的差别主要是由第1排管引起的;随支路数的增多,传热温差对蒸发器换热量差别的影响逐渐减弱,而传热系数的影响逐渐增强,制约R410A和R22蒸发器换热量差别的主导因素从传热温差逐渐转变为传热系数.     

可重配置的机床液压冷却系统的解耦控制

可重配置的数控加工中心中,为实现完整性加工的目的,需要配置多个加工执行单元,由此需要由一个冷却系统对多个冷却支路进行冷却。针对某一支路的流量或压力波动对其他支路的流量所造成的影响(通常造成其他支路的流量减小,冷却效果下降,甚至烧毁执行单元),根据流体理论设计了一套能够自动检测冷却系统压力和流量的自动控制系统,通过压差控制的方法该系统可以实现多支路冷却系统中每一条支路压力和流量的独立控制,降低某一条支路的压力和流量波动对其他支路的耦合影响。用液压仿真软件AM E s im对所建立的自动控制系统模型进行仿真,验证该方案的可行性。     

带膨胀机CO2跨临界热泵系统的模拟计算与实验

为了分析带膨胀机CO2跨临界热泵系统的性能和运行特性,对该系统建立数学模型,将模拟计算结果与实验数据进行了比较,它们的最大偏差不超过25%.然后,利用所建模型分析了冷却水进口温度和流量,以及冷冻水进口温度和流量对系统性能系数的影响.结果表明,对冷却水来说,降低进口温度和增加其流量不仅有利于提高系统的性能系数,而且能够降低最佳高压侧压力,使系统能够在更加安全高效的工况下运行.对冷冻水来说,增加冷冻水的进口温度和流量对提高系统的性能系数非常有利,而对最佳高压侧压力的影响并不是太大.通过对系统的性能进行模拟计算,可为系统的优化设计和操作运行提供理论依据和指导.     

地表水源热泵系统冷热源利用的节能评价

分析了地表水源热泵系统的冷却水温度、流量和扬程等因素对水源热泵系统能效比的影响.以空调冷负荷和冷冻水参数作为控制目标,提出了包含水源热泵机组能耗的冷却水系统能效比分析模型.利用该模型分析了地表水直接进入热泵机组的地表水源热泵系统和以板式换热器间接换热的地表水源热泵系统的运行能效.结果显示,冷却水温度变化对能效比的影响大于冷却水系统静扬程变化对能效比的影响.部分负荷工况下冷却水温度为23~24℃时系统能效比达到最大值.     

利用矩阵风扇改善散热器冷热介质温差场协同性

基于传统乘用车的冷却模块共设计了5种矩阵风扇,利用数值模拟技术分析矩阵型式不同以及冷却空气流量不均匀对散热器换热性能和场协同数的影响.结果表明:采用矩阵风扇能够增加散热器的冷热介质温差场协同数,散热器换热量和冷热介质温差场协同数存在显著的正相关性;当通过散热器的冷却空气流量分布不均匀时,散热器换热量明显下降,且随着转速比的增加,换热量的降幅逐渐减小;散热器芯体不同区域冷却空气流量的变化对散热器换热性能的影响权重不同,当低温区对应的冷却空气流量较大时,散热器换热量以及温差场协同数的降幅增加.     

直管套管内超临界二氧化碳热力性能研究

为了解决气冷器内不可逆损失对换热性能的影响问题,提高直管套管式气冷器的热力性能,对超临界二氧化碳套管式气冷器内二氧化碳与冷却水之间的热量传递过程进行了研究。采用Fluent数值模拟软件与熵产分析方法,通过改变操作压力、二氧化碳质量流量及冷却水的质量流量和进口温度进行数值计算,得出气冷器中二氧化碳和冷却水沿管长的温度分布情况,并依据热力学第二定律熵产分析方法,对直管套管内热力过程进行计算,得出沿管长的熵产分布情况。结果表明,随着压力的增加,沿管长方向的熵产逐渐增大;随着二氧化碳质量流量的增加,熵产逐渐减小;随着冷却水质量流量的增加,熵产增加幅度不明显;随着冷却水进口温度的增加,熵产随之减小。研究结果可为二氧化碳热泵气冷器运行参数与结构的设计以及二氧化碳热泵的工程应用提供一定的参考。     

一种利用气泡泵效应重力辅助回路热管的实验研究

随着芯片集成度的提高及微型化,为了满足高热流密度电子器件的散热需求,提出了一种利用气泡泵效应重力辅助回路热管,并对其传热性能进行了详细的实验研究.实验中加热功率为21～646W,对应热流密度范围为1.67～51.4W/cm2,采用去离子水为工质.研究结果表明:利用气泡泵效应虽然会增大传输过程的传输热阻,但却能有效增强蒸发腔内扰流,进而增强换热,提高临界换热热流密度;加热功率为646 W时,最小热阻为0.11℃/W;对于本装置,存在一个最佳充液高度,通过观察实验流型图可知,当上升管内为环状流时,充液高度比较合理;蒸发段热阻始终占据总热阻主要部分.研究工作为其在芯片冷却领域的应用打下了良好基础.     

含水层储能地下温度场模拟

采用Kipp K L推出的地下水流动和热运移方程,对热泵耦合含水层储能系统连续运行3年的储能井温及地下温度场进行了模拟计算．根据地下温度场的分布,对该系统的储能效果进行了分析研究．结果表明,该系统能够在供热和供冷的同时分别向地下储存冷量和热量,起到反季节储能的作用,提高热泵效率;但由于系统的冷、热负荷不均匀,造成了储能井周围区域温度的逐年降低,这对地下生态是不利的．因此,在设计热泵耦合含水层储能系统时,应保证系统的冷热负荷均衡,这样才能既提高热泵的效率又避免对地下生态平衡的破坏．     

多功能循环回路驱动电子装置冷却系统

本文分析现有电子装置的冷却负荷,无论直接或间接排放环境,均造成极大浪费;为此提出多功能循环回路驱动电子装置冷却系统这个技术集成的新概念,可就地充分回收和利用电子装置的冷却负荷,满足电子装置操作间在四季中的各种负荷,以实现5种功能;载冷剂的循环流经次序,确保了回路中循环水温的均衡分布,是实现多功能的技术前提;此外,通过控制热泵和风机盘管的运行切换,可使一年四季中电子装置的冷却负荷与其操作间的房间负荷保持平衡;优化各设备选型,可形成低流阻循环,从而降低运行成本;既节省一套电子装置操作间用热泵机组的初投资,也节省其运行费用。     

核电循环泵轴承冷却风扇结构及其流场分析

核电站冷却水循环泵在高温环境下工作,泵轴承受到很大的热负载,其工作可靠性至关重要.为降低轴承工作温度、保证轴承安全工作,在泵轴系统上设置了冷却装置.提出了泵轴承冷却用轴流式风扇的结构,建立了风扇结构的BFGS优化计算方法,采用计算流体力学软件FLUENT对风扇流场进行了数值分析.数值模拟结果表明,基于BFGS设计方法得到的冷却风扇性能有较好的设计计算精度,能够满足核电站冷却水循环泵轴承冷却的要求,该计算方法方便可行.