基于AMESim泵驱动两相回路热管系统的传热特性_邓欢.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月 化 学 工 程()收稿日期:作者简介:邓欢(),女,硕士,研究方向为泵驱动两相回路冷却技术,电话:,:;涂淑平,男,硕士,副教授,通信联系人,:。基于 泵驱动两相回路热管系统的传热特性邓 欢,涂淑平(上海海事大学 商船学院,上海)摘要:为降低机柜的散热负荷,减小散热系统的体积和质量,并且提高冷却系统的能量利用效率,提出利用微通道平行流换热器泵驱动两相回路热管系统方案,基于 软件研究质量流量、换热器风量、环境温度、冷凝器结构参数对系统换热性能的影响。研究结果表明:制冷剂质量流量过大、换热器风量过大对系统制冷量无显著影响。室外温度是系统换热性能的重要影响因素,室外温度由增加
2、至时,制冷量降低了。冷凝器流程布置和扁管排布需要考虑换热性能和流动阻力之间的平衡,平行流冷凝器为 流程,扁管数目为(,)时,系统运行性能最佳。关键词:热管;换热性能;平行流冷凝器;质量流量;扁管中图分类号:;文献标识码:文章编号:():,(,):,(,),:;热管是一种解决高热流密度散热问题的新型被动传热技术,被广泛应用于航空航天、余热回收、电子器件等领域。目前,在热管的基础上已经开发了多种两相传热设备,如毛细管泵送回路(),回路热管()和微热管()等。但是这些设备常常受到驱动力的限制而启动困难,并且对安装也有一定的要求。泵驱动两相回路热管因稳定的换热性能得到关注。等对工质为 的机械泵驱动两相
3、冷却回路进行研究,并对工作点的温度控制进行实验。研究表明,该冷却系统具有控温精度高、传热距离长、散热能力高、稳定能力高等优点。换热器的选择对于系统传热性能有着重要的影响。等和 等对一种采用特殊的蒸发器(液体室和气室由薄膜多孔结构隔开)化学工程 年第 卷第 期 投稿平台:的泵辅助驱动两相流冷却系统进行实验。发现这种结构的换热器可以提高冷却系统的性能。王绚等对用翅片管换热器的泵驱动两相系统的换热性能进行试验研究,揭示内部阻力、不同制冷剂和风速等对传热性能的影响,发现内部阻力过大,风速过高过低都对换热性能有较大的影响。马国远等等研究数据中心用泵驱动回路热管换热机组的性能,发现相比之前的空调散热,节省
4、电能至少达到。目前,微通道的高表面体积比使微通道换热器具有高传热速率和更好的热性能等优点,受到了广泛关注。近年来由于风力发电的发展,单机容量不断上升。机柜内的控制变频系统承担的任务也越来越复杂,产生热量日益增多,维持机柜内的温度是影响系统性能的关键因素。因高能效、低能耗等特点,泵驱动回路热管在风电机组机柜的散热方面具有独特优势,两者的结合是未来风电机组机柜的重要发展方向。基于此,文中对用微通道换热器的泵驱动两相回路进行研究,通过模拟的方法探究泵驱动两相回路换热性能的影响因素,并研究冷凝器结构变化对其换热性能的影响。泵驱动两相回路的工作机理为了分析泵驱动两相回路的换热机理,对回路模型进行了简化处
5、理,作出了基本假设:工质在泵进出口为等温压缩;工质在换热器为一维流动状态;两相状态下的工质处于热力学平衡,视为均相流。依据三大定律,得到以下方程:质量守恒方程()()动量守恒方程()()()能量守恒方程 ()()()式中:为制冷剂密度,;为制冷剂流速,;为时间,;为空间维度;为压力,;为摩擦因数;为分离角度;为工质流通面积,;为热流量,;为工质流通直径,;为液面高度,。制冷剂侧的换热量()()空气侧的换热量()()式中:,分别为制冷剂侧和空气侧换热系数,();,分别为管侧,制冷剂侧和空气侧温度,;,分别为制冷剂侧和空气侧面积,;为管壁厚度,;为导热系数,();为翅片效率。系统内的制冷工质经过泵
6、驱动输送至蒸发器,与蒸发器外部的空气进行热交换,工质在蒸发器内相变吸热变为气体状态,气态工质流出蒸发器进入冷凝器,与外界空气进行热交换,工质在冷凝器冷凝放热变为液体状态,液态工质流入储液罐经泵驱动再次流入蒸发器,如此反复循环。泵驱动两相回路数值仿真及模型验证 泵两相回路数值模型基于 搭建的仿真模型如图 所示。主要包括平行流蒸发器、平行流冷凝器、储液罐、工质泵以及连接管路等部件。换热器均为 流程,且结构参数相同,尺寸为 ,具体参数如表 所示。机柜温度要求低于 ,选择 为制冷工质。作为应用广泛的制冷剂,分子式为,不含氯原子,不会破坏臭氧层,基本无毒性,不易燃易爆,具有良好的换热性能,单位质量汽化潜
7、热大。标准大气压下沸点为,满足应用工况要求。输入对应数值;转速;热量;温度,压力;温度;风量图 泵驱动两相回路热管模型 邓 欢等 基于 泵驱动两相回路热管系统的传热特性 投稿平台:表 换热器几何参数 翅片参数值扁管参数值间距 高度 厚度 水力直径高度长度 数值模型验证设定仿真工况参数与实验工况参数一致,具体参数如表 所示。将仿真结果与实验结果进行对比,对比结果如图 所示。可以看出,仿真结果与实验值的误差均在 之内,说明模型仿真结果精度较高,可用于后续数据分析。表 实验工况 工况室外温度 室内温度 冷凝器风量()蒸发器风量()图 实验数据与仿真结果验证 影响因素泵驱动两相冷却系统中,泵作为驱动装
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