發(fā)布時間：2017-11-14 01:00

  本文關(guān)鍵詞：被動式冷卻系統(tǒng)中的流動冷凝及其對系統(tǒng)換熱特性的影響

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【摘要】：電力電子設(shè)備高強(qiáng)度的發(fā)熱量在器件上的累積,將使器件和系統(tǒng)的工作溫度升高,工作特性變差,大大降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。相變冷卻,依靠液體工質(zhì)的汽化潛熱在小溫差下就可以獲得高強(qiáng)度的強(qiáng)化換熱效果,能夠滿足電力電子設(shè)備高發(fā)熱熱流密度的散熱需求,而以相變技術(shù)為基礎(chǔ)的被動式冷卻系統(tǒng)中蒸汽管路內(nèi)均存在兩相流動,并對整個系統(tǒng)的性能存在影響。本文借助于電容層析成像技術(shù)(ECT)和高速攝影儀可視化研究發(fā)現(xiàn),大量的凝結(jié)液滴粘附在管路內(nèi)表面上,在重力的作用下,凝結(jié)液滴從蒸汽管路頂端順著周壁滑落至底部形成積液區(qū),管路中心則是大量的未凝結(jié)蒸汽。這種帶液滴的流型是一種穩(wěn)定流型,稱之為滴狀流。壁面上的凝結(jié)液滴存在一個周期性的生長過程,而且各個子過程相互影響。與Mandhane流型圖作比較發(fā)現(xiàn),大部分的實驗數(shù)據(jù)點落入層狀流區(qū)域,小部分的數(shù)據(jù)點則落在波狀流區(qū)域。截面含氣率的計算關(guān)系式很多,滑速比模型關(guān)系式與實驗值吻合的最好,而且滑速比的選擇顯得至關(guān)重要,選擇不當(dāng)也會導(dǎo)致較大的偏差。通過加權(quán)平均的方式得到了一個形式簡單、經(jīng)驗參數(shù)少、適用范圍較廣,可以用來預(yù)測截面含氣率大小的關(guān)系式。進(jìn)一步,采用凝結(jié)和稱重法對流動冷凝中的質(zhì)量含氣率進(jìn)行了精確測量。實驗測量低質(zhì)量流速條件下的流動冷凝中的流動阻力特性,結(jié)合具體的汽液兩相分布和流動特征,將液滴等效成壁面的粗糙度,對管路中的流動壓降做理論分析,并與現(xiàn)有的流動阻力預(yù)測模型進(jìn)行對比,擴(kuò)展模型的實用性和適用范圍。實驗測量管路沿程管壁溫度和蒸汽溫度的變化,分析沿程蒸汽與壁面的換熱特性,建立相應(yīng)的流動換熱模型,并結(jié)合可視化實驗結(jié)果,對流動冷凝中的換熱系數(shù)進(jìn)行模型預(yù)測。上述方法得到的預(yù)測流動壓降和換熱系數(shù)的計算關(guān)系式,均方根偏差分別為19.9%和22.04%,預(yù)測值和實驗值的偏差均分布在士30%以內(nèi)。選取熱源的表面溫度和冷卻系統(tǒng)的熱阻作為整個系統(tǒng)換熱特性在穩(wěn)態(tài)條件下的表征參數(shù),系統(tǒng)在非穩(wěn)態(tài)條件下的運行性能則以響應(yīng)時間作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。蒸汽管路中的換熱系數(shù)增加時,導(dǎo)致蒸汽溫降增加,凝結(jié)液的溫度偏低,有利于降低熱源表面溫度,但冷卻系統(tǒng)的熱阻比較大。蒸發(fā)器及蒸汽管路中積累大量的未凝結(jié)蒸汽時,蒸汽的熱容量增加,系統(tǒng)內(nèi)部溫度扯平所需要的時間增加,系統(tǒng)的響應(yīng)時間越長。本文以被動式相變冷卻系統(tǒng)為基礎(chǔ)模型,集中研究冷卻系統(tǒng)絕熱段或蒸汽管路內(nèi)的流動冷凝現(xiàn)象,揭示低質(zhì)量流速條件下管內(nèi)冷凝的流動和換熱的耦合規(guī)律,闡述管路幾何尺寸以及放置方式對流動冷凝的具體影響,最終得到流動冷凝對相變冷卻系統(tǒng)運行性能和換熱特性的影響機(jī)理。本文的研究成果將豐富管路內(nèi)流動冷凝的研究,并為相變冷卻系統(tǒng)的管路優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)原則。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK124

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 陳德運,鄭貴濱,于曉洋,孫立鐫;基于遺傳算法電容層析成像圖像重建算法的研究[J];電機(jī)與控制學(xué)報;2003年03期

2 王濤;郭聰;胡學(xué)功;唐大偉;;遠(yuǎn)程熱輸運管路對發(fā)熱體表面溫度影響的實驗研究[J];工程熱物理學(xué)報;2012年09期

3 郭聰;王濤;胡學(xué)功;唐大偉;;被動式冷卻系統(tǒng)熱阻及響應(yīng)時間的研究[J];工程熱物理學(xué)報;2014年03期

4 王棟,林益,林宗虎;利用T型三通測量氣液兩相流體的流量和干度[J];熱能動力工程;2002年04期

5 張雪輝;王化祥;問雪寧;;電容層析成像系統(tǒng)三維電場分析及陣列電極優(yōu)化[J];天津大學(xué)學(xué)報;2007年09期

6 彭珍瑞;祁文哲;吳刊選;孟建軍;;電容層析成像技術(shù)的近期研究進(jìn)展[J];自動化儀表;2008年09期

7 徐超,何雅玲,楊衛(wèi)衛(wèi),齊永強(qiáng);現(xiàn)代電子器件冷卻方法研究動態(tài)[J];制冷與空調(diào);2003年04期

8 趙玉磊;郭寶龍;閆允一;;電容層析成像技術(shù)的研究進(jìn)展與分析[J];儀器儀表學(xué)報;2012年08期

9 王強(qiáng);鄧壽祿;;稱重式蒸汽干度測量裝置的設(shè)計[J];中國計量學(xué)院學(xué)報;2013年04期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 隋大鵬;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電容層析成像圖像重建算法[D];哈爾濱理工大學(xué);2009年

2 解仲坤;飽和蒸汽干度軟測量方法研究[D];大連理工大學(xué);2009年

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本文編號：1183136