CO2分离式热管在数据中心的应用

本文通过实验研究了应用于数据中心的CO2分离式热管系统,对比分析了CO2热管与R22热管的最大传热能力、总传热热阻和驱动温差,结果表明:在相同充液率下,CO2热管的最大传热能力明显大于R22热管,当上升管和下降管管径为9 mm时,CO2热管和R22热管的最大传热能力分别为3300 W和1500 W,当管径为12 mm时,CO2热管和R22热管的最大传热能力分别为5400 W和2200 W;CO2热管的正常负荷范围大于R22热管,但总传热热阻小于R22热管;不同传热量下,与R22热管相比,CO2热管所需的驱动温差平均低4℃,即相同条件下CO2热管系统所需的冷源温度可以提高4℃。以小型数据机房为例,结合上海气候条件计算得出,采用CO2热管系统的年耗电量比R22热管系统减少7.425×105 kW·h,比集中送风空调系统减少3.182×106 kW·h。     

微通道型分离式热管传热性能实验研究

研制了微通道型分离式热管采用R134a为传热介质,针对高低温温差、充液率、安装高度差和连接管路等因素进行了实验研究,得出了各因素与单位面积换热量的变化关系.实验结果表明,热管换热量在温差为20℃时比温差为10℃时增加了106％;而系统的最佳充液率介于113％～140％,在此区间内的单位面积换热量最大;当高度差从0.75m增加到1.2m时,热管的单位面积换热量增加了267％.     

冰箱冷藏控温系统中分离式热管的传热性能

本文提出了将分离式热管与直冷冰箱板管蒸发器相结合的新方案,在-25℃的冷源温度下,测试了热源温度为5、8、12℃下热管的稳态传热功率,获得了分离式热管的最佳充注量为120 g。基于该充注量下冷藏室内的降温过程,对系统内部各参数的变化进行了研究分析。实验结果表明:启动10 min左右,分离式热管内部参数基本达到稳定。分离式热管可以在60 min内使冰箱冷藏室内温度从16℃降至5℃,在135 min内降到0℃。通过电磁阀的自动开停控制,维持冷藏室内温度为8℃时,单周期运行时间约为6.5 min,停止时间约为42.8 min,开停比率约为15.2%,控温精度达到1.1℃,优于普通直冷冰箱2.5℃的控温精度,初步验证了分离式热管具有良好的传热特性及控温性能。     

新型平板热管流动与传热特性的理论分析

提出了一种新型平板热管，这种热管整体成矩形平板状，其内部结构由许多并列的小矩形长条单元组成。对这种热管的流动特性和传热特性进行了理论建模分析，得到了热管蒸气腔内的速度分布，压力分布及温度分布的解析表达式。     

脉动热管传热性能实验研究

脉动热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件,影响脉动热管传热性能的主要因素包括几何参数、物理参数和操作参数。本文对脉动热管的传热性能进行了可视化实验研究,给出了不同影响因素对脉动热管传热性能的影响结果。     

水-乙醇混合工质振荡热管的传热特性研究

分别对充液率45%、55%、62%、70%下水、乙醇两组分按体积比13∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶13混合而成的二元混合工质振荡热管的传热特性进行了实验研究,并与水和乙醇纯工质在相同充液率下的传热特性进行对比,结果表明,小充液率时,水-乙醇混合工质振荡热管烧干时热阻较纯工质小,大充液率时,水纯工质传热特性优于水-乙醇混合工质及乙醇纯工质。分析实验结果得出,水-乙醇二元混合工质振荡热管传热特性与充液率及混合工质配比有关,配比对传热特性的影响主要表现为气液平衡、物性及缔合作用。     

长度比对低温重力热管强化传热的影响

为提高多年冻土区重力热管制冷效果,建立了低温重力热管性能试验台。对比研究4种不同长度比的重力热管,即4.2、2.7、1.9和1,同时考虑热管倾角,即10°、50°和90°,深入探讨热管长度比对其稳态等温特性、热阻和传热功率的影响。研究结果表明,相同工况下,热管等温特性随长度比减小而恶化;缩短蒸发段长度可以有效减小蒸发段热阻;热管传热总功率与长度比之间并非线性关系,除此之外,热管长度比一定时,选取合适倾角能发挥其最佳传热能力。试验热管在LR为1、倾角为90°工况下具有最小总热阻为0.018℃/W,此时热管的总功率为104.9 W。     

分离式热管管排组合与传热

分离式热管在不改变蒸发段和冷凝段总换热面积的情况下通过管排组合可以改变热管换热器局部热管的面积比来改变传热。研究分离式热管换热器在不同管排组合下传热差异,总结大温差传热下采用何种管排组合取得废热回收过程中的热管安全、高压发生器中均匀传热以及传热能力的均衡。     

分离式热管蓄冷空调释冷性能实验研究

本文设计了基于分离式热管换热的蓄冷空调系统,针对其释冷性能进行了因素实验和响应曲面实验研究。结果表明:分离式热管蓄冷空调释冷性能稳定,实验条件下最大制冷量可达5. 09 k W;制冷量随循环风量的增加而增加,而除湿量存在最佳除湿循环风量,最佳除湿循环风量约为620 m3/h,除湿量约为4. 32 kg/h;制冷量随环境温湿度的升高而增加;得到了不同工况下制冷量的回归方程,分析了不同影响因子对制冷量的影响规律,在循环风量较低的工况下,热管阀门对制冷量影响较弱,随着循环风量的增加,对制冷量影响增加。     

动力型分离式热管设计与试验研究

为了研发数据机房用蒸气压缩/热管复合型环控系统,进行动力型分离式热管模块的设计和性能试验。热管系统采用平行流冷凝器和管片式蒸发器,由屏蔽泵提供循环动力,并由调节阀控制供液量。在标准焓差法试验室进行热管模块的制冷性能试验,结果表明：1热管系统在设定工况的制冷性能达到设计指标,验证热管系统参数匹配的合理性和实用性;2热管模块的制冷量、EER与室内外温差近似为线性关系;3液泵驱动的动力型分离式热管系统运行稳定、可靠,解决了重力型分离式热管的运行稳定性问题,简化了系统的安装,易于实施流量调节和能量控制。     

两相热虹吸循环动量模型评价

两相热虹吸管在工业领域应用广泛,其内部工质的流动模拟是热虹吸管设计的主要因素。然而在模拟过程中,存在着两相流模型适用范围有限而自然循环模拟精度要求高的矛盾,因此有必要根据热虹吸特性对现有两相流动量模型进行适用性评价。建立了稳态两相热虹吸循环模型,结合不同工质(水、R113和R600a)的两相热虹吸循环实验数据,分别对4种均相流动量模型和24种分相流动量模型组合(4种分相流摩阻压降模型和6种截面含气率模型组合)进行了计算比较,发现Lorkhart-Martinelli摩阻压降模型结合Tom截面含气率模型的模拟精度最高。利用此模型分析两相热虹吸循环内工质的流动特征,证实了质量流速随着热流密度的增大先增大后减小的规律,并从内部分布参数变化角度给出了新的解释。     

二氧化碳套管式气体冷却器换热性能的实验研究

总结了不同形式CO2气体冷却器的国内外研究现状,对直管、矩形螺旋和圆形螺旋三种套管式气体冷却器性能进行模拟,提出用单位压降换热量来评价超临界条件下气体冷却器的性能,根据模拟结果设计了一套矩形螺旋套管式气体冷却器,实验研究了气体冷却器的CO2入口压力、进水流量和进水温度对气体冷却器传热系数、换热量、COP以及换热器效能等性能的影响。结果表明：当气体冷却器CO2进口压力为8 MPa,进水流量在1.56 kg/min和进水温度在9 ℃时气体冷却器性能较优,系统COP最大可达2.85。研究结果为CO2热泵热水器中的实际应用提供参考。     

CO_2水平管外池沸腾换热的实验研究

对自然工质CO2在不同沸腾压力下的光管、机械加工表面强化管(Turbo-EHP)水平单管管外电加热池沸腾进行了实验研究。从核态沸腾的角度分析了光管、强化管管外沸腾换热系数随热流密度、沸腾压力的变化规律,通过对热流密度在10~50k W/m2、蒸发压力在2~4 MPa范围内的换热数据分析拟合得出光管时CO2在该范围下的换热关联式,拟合关联式的计算值和实验值的误差在±8.73%以内。新的拟合关联式的计算值与已有关联式的预测值的偏差在±15%之内。在热流密度范围内强化管的强化倍率在1.50~1.72之间。研究结果对进一步深入研究CO2池沸腾换热及蒸发器的设计具有指导意义。     

基于分布参数模型的微通道平行流环路热管换热性能研究

基于分布参数模型建立了微通道平行流环路热管的稳态传热模型,并通过实验验证模型可行性,最大相对误差为10.5%。模拟研究分析了充液率、蒸发器和冷凝器高度差等因素对环路热管传热性能的影响。结果表明：环路热管的最佳充液率为80%~105.4%,换热量为1.27~1.36 kW;蒸发器和冷凝器的高度差从0.4 m增至1.0 m时,换热量约提升8.7%。同时,模型能够预测蒸发器流量分配的不均匀性及扁管内部的两相状态,使模拟结果更加精确,对微通道平行流环路热管的结构设计具有一定的参考价值。     

蠕动泵驱动的毛细管环路传热系统的性能研究

液态工质在满足一定内径要求的毛细管内会形成稳定的液柱——气塞系统。本文提出利用蠕动泵驱动毛细管内气液相间隔的工质单向循环流动,形成一个具有脉动热管效应的新型两相传热系统。搭建了系统实验装置,以去离子水为工质,当毛细管内径为3 mm,管内工质流速恒定为7 m/min时,实验研究了不同充液率的两相传热系统在加热功率分别为60 W、80 W和100 W时的传热特性。结果表明:该传热系统的最佳充液率为20%,在加热功率为60、80、100 W时,充液率为20%的传热系统达到稳态时的热阻分别为0. 52、0. 38、0. 30℃/W,相比于传统的水冷传热系统其热阻分别降低了32. 5%、45. 7%、50%。     

CO2热泵系统气冷器的热力学性能分析

针对CO₂热泵系统螺旋套管式气冷器,基于MATLAB建立了仿真模型,采用单因素分析方法,研究进水温度、CO₂压力和质量流量对气冷器换热量、■耗散、■损失、■效率以及出水温度的影响。经实验验证,在进水温度为24.5～35.0℃、CO₂压力为8.4～10.7 MPa、CO₂质量流量为0.032 6～0.047 6 kg/s工况下,气冷器模型制热量与实验数据相比总体误差在±10%以内。模拟结果表明：相比进水温度和CO₂质量流量,CO₂压力对气冷器性能的影响更为显著,且存在最优压力。在进水温度为20℃、CO₂进口温度为90℃工况下,当CO₂压力为10 MPa时气冷器■效率最高,当CO₂压力为11 MPa时气冷器换热量最大;当进水温度低于20℃时,CO₂压力为10.5 MPa时出水温度最高。     

微通道平行流冷凝器两相流传热和压降的修正方法

本文通过建立以R134a为制冷剂的微通道平行流冷凝器的分布参数模型,使用交复检验非线性法对微通道冷凝器两相区的传热和压降关联式进行修正,并与无修正的仿真模拟结果、传统简单多项式拟合修正法的结果进行了比较。结果表明,运用交复检验非线性法修正的效果要优于无修正及传统简单多项式拟合法,使用前者修正后可将换热量误差减少64. 5%,均方误差控制在3%以内;制冷剂侧压降误差减少82. 05%,均方误差控制在10%以内,该方法为换热量和制冷剂侧压降的修正提供了一种预测精度更高的思路和方法。     

CO2微通道气冷器流量分配和换热特性的数值模拟及验证

本文建立了CO_2微通道气冷器集流管和微通道扁管两部分的物理模型并进行网格划分,模拟研究了扁管插入集流管深度f分别为4、5、6 mm和入口管在集流管1/6、1/2位置处对质量流量分配的影响,实验验证了CO_2微通道气冷器扁管壁面温度分布。结果表明:当f为4 mm、入口管位于集流管1/6处时,质量流量分配最均匀,此时不均匀度为0.4×10~(-3);模拟扁管内CO_2换热特性发现随着CO_2质量流量的增加,扁管换热量增加,流量由2.3 kg/h增至2.5 kg/h,换热量提高了21.4%;当质量流量一定时,CO_2的出口温度随着CO_2入口温度的升高而升高,在不同CO_2入口温度条件下,微通道扁管壁面温度实验值与模拟值误差在10%以内,验证了模拟的准确性。     

突出气相压头的环路热管真空度对启动性能的影响

在环路热管运行中工质蒸发产生的气相压头有着重要的作用。为了研究工质相变产生的气相压头的影响,本文设计了一种新型结构,将环路热管蒸发器内的吸液芯与加热底板彻底分离形成蒸发腔,使蒸发器内的传热传质相对分离,维持蒸发现象仅在蒸发腔内发生,以此来提高环路热管的驱动力。本文选用导热系数较低的不锈钢-镍作为吸液芯材料,尽可能的减少蒸发器的"漏热"现象,通过实验研究了不同真空度(95.3～101.1 k Pa)时环路热管系统的启动性能。结果表明:此类型的环路热管可以在不同真空度下正常运行,并且真空度越高,环路热管的运行温度越低,启动时间越短,热阻越低。同时将突出气相压头的环路热管与另外三种不同结构的毛细抽力环路热管进行对比,发现突出气相压头的环路热管具有更低的运行热阻(0.14℃/W)。