本文以高速列車牽引變流器IGBT模塊的大功率散熱要求為研究背景,在對傳統(tǒng)的IGBT冷卻技術充分調(diào)研的基礎上,結(jié)合微細尺度流動沸騰相變換熱的高效性和結(jié)構(gòu)緊湊性,提出基于微通道冷卻單元的IGBT模塊散熱技術路線。建立了自然循環(huán)動力和強制循環(huán)動力下的冷卻實驗系統(tǒng),研究內(nèi)容包括:微通道單元-自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)的啟動和換熱特性;微通道內(nèi)R134a流動沸騰換熱特征和規(guī)律;微通道內(nèi)R134a流型轉(zhuǎn)化以及換熱機制的轉(zhuǎn)變;基于實驗數(shù)據(jù)和理論研究的微通道結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。自然循環(huán)動力冷卻系統(tǒng)的啟動過程分三個階段,成功啟動后回路各狀態(tài)點構(gòu)成穩(wěn)定的熱力循環(huán)。分析了該系統(tǒng)整體換熱性能,自然循環(huán)動力下影響系統(tǒng)和微通道單元換熱的主要因素有充液率和熱流密度;微通道內(nèi)核態(tài)沸騰區(qū)的氣泡脫離直徑和氣泡脫離頻率是熱流密度的單值函數(shù);熱流密度越大,氣泡脫離頻率越大,因此冷熱端壓差越大,質(zhì)量流速越大,加速了啟動和流型轉(zhuǎn)化�；谝延醒芯�,提出了自適應條件下微通道內(nèi)泡狀流-彈狀流轉(zhuǎn)化判據(jù)。強制循環(huán)動力下影響微通道單元換熱的主要因素有熱流密度、質(zhì)量流速和飽和溫度。換熱系數(shù)隨熱流密度的增大呈“M型”規(guī)律變化,隨質(zhì)量流速和飽和溫度的升高而增大。飽...

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
主要符號表
1 引言
    1.1 課題研究背景
    1.2 課題研究現(xiàn)狀
        1.2.1 變流器IGBT冷卻的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 微細尺度流動沸騰換熱研究現(xiàn)狀
    1.3 目前存在的問題
    1.4 本文研究目標及內(nèi)容
        1.4.1 研究目標
        1.4.2 研究內(nèi)容
2 實驗系統(tǒng)
    2.1 實驗系統(tǒng)
        2.1.1 自然循環(huán)動力冷卻系統(tǒng)(NCCS)
        2.1.2 強制循環(huán)動力冷卻系統(tǒng)(FCCS)
    2.2 微通道實驗段
        2.2.1 整段式微通道冷卻單元
        2.2.2 分段式微通道冷卻單元
    2.3 實驗條件及工況
    2.4 實驗步驟
    2.5 數(shù)據(jù)處理
    2.6 不確定度分析
    2.7 本章小結(jié)
3 微通道單元-自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)啟動特性研究
    3.1 微通道單元-NCCS啟動優(yōu)勢
    3.2 微通道單元- NCCS啟動特性研究
        3.2.1 微通道單元-NCCS啟動過程
        3.2.2 微通道單元-NCCS壓升過程
    3.3 熱流密度對啟動特性的影響機理研究
        3.3.1 熱流密度對氣泡生長的影響
        3.3.2 熱流密度對氣泡脫離和質(zhì)量流速的影響
    3.4 本章小結(jié)
4 微通道單元-自然循環(huán)動力下的換熱特性研究
    4.1 微通道單元-NCCS穩(wěn)定運行特性研究
        4.1.1 NCCS穩(wěn)定運行的熱力循環(huán)
        4.1.2 NCCS總熱阻和質(zhì)量流速
    4.2 NCCS-微通道單元換熱影響因素研究
        4.2.1 充液率對微通道單元換熱系數(shù)的影響
        4.2.2 熱流密度對微通道單元換熱系數(shù)的影響
    4.3 NCCS-微通道單元內(nèi)核態(tài)沸騰特征研究
        4.3.1 NCCS-微通道內(nèi)熱流密度對流型的影響
        4.3.2 NCCS-微通道內(nèi)泡狀流-彈狀流的轉(zhuǎn)化
        4.3.3 NCCS-微通道內(nèi)彈狀流流速計算模型
    4.4 本章小結(jié)
5 微通道單元-強制循環(huán)動力下的換熱特性研究
    5.1 FCCS-微通道單元換熱影響因素研究
        5.1.1 熱流密度對換熱系數(shù)的影響
        5.1.2 質(zhì)量流速對換熱系數(shù)的影響
        5.1.3 飽和溫度對換熱系數(shù)的影響
    5.2 FCCS-微通道單元換熱機理研究
        5.2.1 飽和溫度對微通道流型的影響
        5.2.2 核態(tài)沸騰-對流蒸發(fā)機制的轉(zhuǎn)化
    5.3 FCCS-微通道單元分段式結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究
        5.3.1 通道結(jié)構(gòu)對IGBT表面控溫特性的影響
        5.3.2 通道長度對微通道換熱系數(shù)的影響
        5.3.3 通道長度對蒸汽干度和流型的控制
        5.3.4 微通道冷卻單元分段式結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計
    5.4 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 本文主要結(jié)論
    6.2 工作不足與展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3859928