循環冷卻
關注創建者：熱管理博覽會 創建時間：2023-06-19
循環冷卻的實例教程
新型微通道自然循環電子冷卻器
中科院廣州能源研究研究所徐進良研究員領導的團隊勇于探索，攻關4年，于近期成功研制微通道自然循環電子冷卻器并在高端計算機上運行。此項成果通過廣州市科技局組織的專家鑒定，鑒定意見認為達到國際先進水平，可廣泛應用于信息、空間、軍事等領域，建議進一步推廣使用，以造福社會。
徐進良團隊幾年前就開始這項研究，并在去年承擔廣州市科技攻關項目“新型微通道自然循環電子冷卻器及產業化”，針對目前在信息、空間、軍事技術等領域中廣泛存在的電子設備高集成度、高熱流密度及溫度失效率大幅度上升等問題，經過多次分析，試驗等，提出并實現了微通道自然循環冷卻器的原理及樣機研制。
樣機由內含微通道的金屬底坐和兩根金屬導管及一個圓形冷凝器和散熱片組成(見圖所示)。所研制的樣機，經廣州市能源監督所檢測，冷卻熱功率達300W，熱流密度達33W/cm2。這兩項指標分別為目前高端計算機熱功率及熱流密度的三倍，可采用風散低轉速或完全無風自然循環運行，大大降低了噪音，并提高了可靠性。另外，該原理可根據不同用戶需要，進行不同的機構尺寸設計，應用范圍廣。
據介紹，該冷卻器中采用了三項關鍵技術：(1)微通道用于強化傳熱，以解決芯片的高熱流密度問題，(2)自然循環原理解決了冷卻器回路的壓力驅動問題，完全實現了無泵運行，(3)微型冷凝器與太陽花散熱器之間采用過盈配合，可避免異質金屬之間的焊接，并使接觸熱阻降低到最小。整個冷卻器回路采用全焊接模式密封，因而可靠性高。根據廣東省科學技術情報研究所對國內外專利及文獻的全面檢索分析及驗收鑒定專家的實際考核，認為該項目屬于集成性自主創新，建議進一步開發批量生產技術及裝備，以推廣應用于計算機、通訊基站、大功率電子及激光器等領域。
展開 數據中心能效的提高抑制了能源需求的快速增長，特別是冷卻系統用電需求的減少部分抵消了IT設備用電需求的增長。然而，冷卻系統的能耗約占典型直流系統能耗的30 ~ 50%，冷卻系統效率的提升潛力巨大。
循環熱管等自然冷卻技術是降低冷卻系統功耗的有效解決方案。循環熱管是一種被動傳熱裝置，可用于具有遠程散熱器或熱源的不同熱調節系統。回路熱管(又稱兩相回路熱虹吸)系統具有熱效率高、可靠性好、性價比高等優點。特別是水泵驅動的循環熱管系統用于數據中心的自然冷卻，與空調相比，無疑具有更高的能效比。
壓縮機的能耗通常占冷卻系統的大部分，采用高效壓縮機可以降低冷卻系統的能耗。磁懸浮壓縮機因其非機械摩擦和無油的特性成為新的選擇。基于構建了新的冷卻系統，并在相對較小或超大規模的DCs中取得了顯著的效率提高，開發新型的冷卻系統用于數據中心是非常重要的。
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成果掠影
近期，華中科技大學的邵雙全教授團隊提出并試驗了一種由磁懸浮壓縮機和液泵組成的無油、結構可靠的兩相循環冷卻系統。
系統有三種工作模式:蒸汽壓縮制冷模式、一體化制冷模式和液泵驅動模式。建立了一臺240千瓦制冷量的樣機，探索其性能和運行參數。通過中國典型氣候帶城市的天氣參數，計算了系統的年COP和直流電力利用效率(PUE)。結果表明，在泵驅動模式下，系統的性能系數(COP)約為12，室外機的COP高達31 ~ 40。在集成模式和蒸汽壓縮模式下，系統COP從3.85增加到8.16，壓比從2.64增加到1.13，表明磁懸浮壓縮機和液泵能夠很好地協同工作，達到預期的性能。中國應用的綜合系統的年COP在大部分氣候帶都在6.5以上。假設除冷卻系統外的輔助系統能耗占信息技術設備能耗的5%，數據中心的電力使用效率可低至1.2。
展開 2.2.空調冷卻水系統水力計算方法
空調冷卻水循環系統一般采用開式系統,水力計算是確定冷卻水流量后,確定冷卻水泵的揚程.
2.2.1冷卻塔冷卻水量
池到噴嘴的高差) 所需的壓力,Pa.
空調水系統中管內水流速按表3 中的推薦值選用,或按表4 根據流量確定管徑[1]。
工程應用
3.1冷凍水系統管路水力計算應用
如圖1 所示的空調冷凍水二次泵循環系統(一級循環略去) ,此系統計算冷負荷為48.8kW,冷凍水供水溫度為7 ℃,回水溫度為1 2 ℃,空調機組表冷器水側阻力為50kPa,各管段的長度見表5 ,求各管段的管徑及二次水泵的流量和揚程。
3.2冷卻水系統管路水力計算應用
某建筑建筑面積為4000m2 ,選用冷水機組一臺,制冷量為455 KW. 冷凝器側水阻力為4. 9 ×104Pa ,進、出冷凝器的水溫分別為32 ℃和37 ℃,水處理器的阻力為2.0 ×104 Pa ,冷卻水管總長48 m ,冷卻塔盛水池到噴嘴的高差為2.5 m ,確定各管段的管徑和水泵的選擇參數.
冷卻水循環管路,由于管徑沒有沿程變化,認為是一個計算管段,則計算管段的冷卻水流量為：
參考文獻:
[1] 馬最良 民用空調建筑設計[M]1 北京:中國建筑出版社,2003
[2] 采暖通風與空氣調節設計規范[ S]1GB50019 -2003
[3] 陸耀慶 使用供熱空調設計手冊[M]1 北京:中國建筑出版社,1993
展開 根據冷卻方式分類。目前電力系統運行中的變壓器以油浸自冷式、油浸風冷式及強迫油循環式三類為主。同樣環境下強迫油循環冷卻效果優于油浸風冷，油浸風冷冷卻效果優于油浸自冷。
大型變壓器為了提高容量、減少體積、重量和材料消耗大多會采用強迫油循環導向風冷方式，這種冷卻方式采用的是油泵導向強迫加速熱點油循環，經風冷散熱器使變壓器冷卻效果提高。按照《變壓器運行規程》的相關規定，為防止變壓器油劣化過速，上層油溫一般度，不宜經常超過85攝氏，多數變壓器因此設有過溫保護，當溫度達到設定值就會跳閘。一旦變壓器因油溫過高導致絕緣損壞事故或過溫跳閘，就會給系統的正常供電和安全運行帶來嚴重的影響，因此根據變壓器的容量及其重要程度，必須裝設良好且可靠的冷卻系統。
為了增強冷卻系統的可靠性進而提高變壓器的安全運行性能，往往采用多組冷卻器分別控制的設計方案，當某一組冷卻器故障時不影響其他冷卻器的運行，使得變壓器能夠最大程度上得到冷卻。分組的另外一個好處是運行檢修靈活，冷卻器一般分成4-12組，可以根據負荷即溫度來確定投入的組數，及低溫及低負荷時投入較少冷卻器，以免導致能源及冷卻器壽命的浪費，高溫及高負荷時投入較多組冷卻器及時降低主變溫度。
究竟需要投入多少臺冷卻器才能既滿足散熱需求又不至于造成能源浪費及冷卻器壽命減少，這要根據不同的廠家散熱器的性能而定，本文以某公司生產的OSFPS-750000/500變壓器為例，進行計算。
展開 模擬車輛在循環工況下，冷卻系統中冷卻液的溫度變化。模型中輸入發動機的散熱量的map圖譜、水泵的P-Q特性、散熱器的散熱性能、節溫器的open特性等，計算可以獲得系統內的冷卻液的溫度·流量·壓力隨時間變化的曲線（圖中為發動機轉速、發動機水套水溫、散熱器冷卻液溫度隨時間變化的曲線）
循環冷卻的最新內容
液體冷卻通道集成
部分高端高壓比例閥（如Norgren EV系列）可選配內置冷卻水套，通過循環冷卻液直接帶走閥體熱量，適用于連續高功率運行的嚴苛工況。
智能溫控與功耗優化
搭配諾冠智能驅動器，采用PWM（脈寬調制）技術降低穩態電流，從源頭減少發熱；同時可集成溫度傳感器，實現過熱保護與動態調節。
</p><p>自然循環：在完全喪失電源的情況下，鈉冷快堆依靠一回路的自然循環進行冷卻，需要模擬這種自然循環的流動特性，可采用Boussinesq假設或者變密度處理。
確保冷卻循環水的溫度和流量在正常范圍內，真空系統的真空泵油位正常且無泄漏。還要檢查電子槍的燈絲狀態，如有必要進行更換或調試。同時，準備好待觀察的樣品，確保樣品已按照要求進行了處理和固定。
提問：如何選擇合適的掃描電鏡加速電壓？
回答：選擇加速電壓要考慮樣品的性質和觀察目的。
一個理想的循環水系統應該由水質檢測傳感器、中央數據處理器、自動加藥和免清洗過濾組成，可直接接入至現有循環冷卻水管路系統中。
中央數據處理
中央數據處理會通過對水質多項數據實時監控、實時分析，多通道計算對比，全自動精準設置添加的藥劑用量，分散污垢離子確保未來30~50年不生銹，不結水垢，從而達到水質動態平衡。
p class="ql-align-justify"><br></p><p><span style="color: rgb(63, 63, 63);">WEG在設計W80 AXgen時利用了多款Ansys多物理場仿真解決方案，包括：</span></p><ul><li><span style="color: rgb(63, 63, 63);">Ansys Fluent流體仿真軟件，用于確定最佳液體冷卻劑循環路徑以進行熱管理
用了液冷，有的要在風扇的基礎上再加個泵，抽著冷卻液循環轉起來。有的可能還會加壓縮機和換熱器，例如家用空調。不同品牌和類型的電動汽車，電池包散熱結構可能都會有些不同，有自己的設計和巧思在里邊。
本案例仿真模擬的電池包，它的散熱方式是：這8個塊是電池，底部板是導熱板，左邊的長方形是散熱翅片簡化后的多孔介質。
（5）液冷裝置
為保持測試時的溫度恒定，保證數據的準確性，液冷裝置為大功率負載和DUT提供冷卻液，系統采用凌工LQBE系列高低溫冷卻液測試機，可以提供-40~85℃循環冷卻液，溫度波動度最小為0.1℃；直冷技術與全溫區壓縮機控溫，便于均勻控制升降溫；同時配備流量和進出口壓力傳感器，可設定流量壓力，內置等效面積調節閥，可用于測試流阻壓力。
圖4 TIMs的界面傳熱特性示意圖；b不同功率下加熱器的時間表面溫度變化；c VSCG-0.01/PDMS和T-FLEX 700 TIMs中加熱器的表面穩態溫度作為功率的函數；d模擬TIMs的熱水器與kef；e模擬集成VSCG-0.01/PDMS和T-FLEX 700 TIMs的冷卻系統的溫度特性；f VSCG-0.01/PDMS TIM循環加熱/冷卻試驗中的熱沖擊穩定性。
例如：鍋爐（HVAC，發電廠）、冷凝器（家用冰箱，HVAC，發電廠…）、蒸發器（家用冰箱，HVAC，發電…)、熱管(醫療設備，電子冷卻…）和廢棄再循環冷卻器（EGR)（汽車)等。
液冷系統一般通過液冷器中循環流動的冷卻液帶走熱量，在熱源端不會引入額外噪聲；液冷系統的主要噪聲源為水泵，通過選取低噪音水泵配合集中隔音處理，可很好地降低整體系統的噪聲；
（3）液冷冷卻主要存在安全風險高、易污染、安裝復雜且成本高等問題，采用水冷柜冷卻方式時，要注意防水漏水，一旦漏水會對機箱設備造成嚴重影響。
