数据机房热管背板系统极端工况研究

热管背板系统在数据机房的散热领域中具有广泛的应用前景。本文主要通过实验对热管背板系统散热性能进行研究,分析背板的进风温度与风量对换热量的影响。对机房的温度场进行模拟分析,结果显示,当热管正常工作时,机房空间温度分布均匀;当机房处于部分热管发生故障的极端工况时,受故障热管的影响,机房运行温度上升,引起部分机柜进风温度超标。采用增大风量的方法来应对极端工况并分析该方法的局限性。     

数据中心机架式服务器选型对其热环境的影响及优化分析

数据中心热环境是空调系统制冷效果和能量利用的综合体现,其优良受到诸多因素的影响。为研究机架式服务器的选型对数据中心热环境的影响,对三种不同功率的1U服务器的数据中心进行仿真模拟,并分析优化其热环境。结果表明,采用封闭冷通道、增加空U挡板和提高送风温度均能改善机房的热环境,提高冷量利用率。     

送风温度变化对数据中心热环境影响的模拟研究

为研究送风温度变化对数据中心热环境的影响,在分析数据中心空调系统负荷特性和能耗现状的基础上,以南京某小型数据中心工程实例为研究对象,采用数据中心专用CFD模拟软件对其气流组织进行了数值模拟,分析了该机房冷量利用情况。结果表明,送风温度变化会对气流组织产生一定的影响,送风温度提高,机柜平均出风温度提高,部分机柜存在冷量利用不充分的情况;距地面1.5m、3m平面位置及主要衡量立面温度均有不同程度的提高,增幅在3.8%—12.9%之间,气流组织受到一定的影响。综合分析得出送风温度在13℃热环境较好,更有利于冷量的充分利用。     

送风温度变化对数据中心热环境影响的模拟研究北大核心

为研究送风温度变化对数据中心热环境的影响,在分析数据中心空调系统负荷特性和能耗现状的基础上,以南京某小型数据中心工程实例为研究对象,采用数据中心专用CFD模拟软件对其气流组织进行了数值模拟,分析了该机房冷量利用情况。结果表明,送风温度变化会对气流组织产生一定的影响,送风温度提高,机柜平均出风温度提高,部分机柜存在冷量利用不充分的情况;距地面1.5m、3m平面位置及主要衡量立面温度均有不同程度的提高,增幅在3.8%—12.9%之间,气流组织受到一定的影响。综合分析得出送风温度在13℃热环境较好,更有利于冷量的充分利用。     

微型电卡制冷系统建模及其影响因素研究

近年来,研究发现聚合物与陶瓷中存在显著的电卡效应,推动了电卡效应制冷技术在学术与工业界受到广泛关注。其中,基于聚合物的微型电卡制冷系统由于其柔性特点,逐渐成为新兴研究增长点。但电卡制冷系统器件制备困难较大,采用数值模拟进行性能分析为电卡制冷系统设计提供了重要的研究手段。现有针对电卡系统的数值模拟方法中传热模型较为简化,缺乏对具体传热过程和影响因素的深入分析。本文以微型往复式主动电卡回热器制冷系统为例,通过数值模拟对比讨论了电卡材料性能模型、回滞损失、制冷系统散热器和系统对环境散热四方面因素对系统制冷功率密度的影响规律。结果表明,回滞损失与环境散热对功率密度具有显著影响。为进一步提高微型电卡制冷系统性能并实现较大温差,需减小系统散热损失并降低电卡材料回滞损失。     

某小型数据中心气流组织的试验研究

简要阐述了数据中心空调供冷特点及能耗现状,论述了气流组织在改善数据中心热环境方面的重要性。进一步分析了机房空调上送风方式与下送风方式的优缺点,并就某小型数据中心的气流组织进行了试验研究,分析实际测得的温度场及速度场,得到服务器热流密度的大小对机柜进风温度、速度有显著影响的结论。     

动力型分离式热管在机房空调中研究与应用

针对数据机房全天候空气调节需求,设计30k W动力型分离式热管模块,在标准焓差法实验室进行动力型分离式热管性能实验,结果表明:(1)屏蔽泵能够为热管系统持续提供足够驱动力,保证热管系统稳定、可靠的运行;(2)当热管系统回气温度与室外环境温度差≥ΔT时,热管系统制冷性能在设定工况下达到设计指标,验证了动力型分离式热管系统合理性和适用性;(3)动力型分离式热管系统的制冷量、COP随着室内外温差近似线性增长,在外界环境温度≤10℃的较宽的温度范围内使用热管系统替代蒸汽压缩式制冷系统,实现数据机房和通讯基站空调系统的低成本运行,大幅度节能减排;(4)针对机房负荷多变情况设计快速精确调节流量控制装置,实现对整个系统实施流量调节和能量控制,为热管系统控制策略设计提供了有价值的数据。     

散热模块材料对ATCA主板散热性能影响研究

CPU发热量迅速增加已经成为影响整个处理系统能否正常运行的关键因素,具有多个CPU的服务器级主板散热问题更加显得突出.本文根据ATCA服务器级主板设计要求,通过实验测试以及数值模拟分析,揭示出铜质热沉与铝质热沉在不同空气流量下对整个主板散热能力的影响,提出进一步改善散热效果的方法和技术途径.     

适用于服务器CPU散热的微通道两相流研究

设计了一套以R134a为冷媒的微槽道两相流循环散热系统,用于冷却高发热密度的服务器CPU,实测综合传热系数1000~1200 W/(m^2·℃)。冷却水既可以由制冷机提供,也可以由蒸发冷却装置提供.搭建了实验测试平台,系统地测试和对比了该系统在不同CPU负荷和冷却水供水温度工况下的散热性能.测试结果表明,通过饱和温度为25~30℃的R134a两相流相变传热,可将散热热流密度为3 W/cm^2量级、总散热量在50~150 W量级的CPU本体温度稳定控制在50~60℃。根据实测数据,在不同气候条件下,该系统应用于大型数据中心全年理论能效比可以达到10以上,远高于常规机房空调。该系统具有换热能力强、体积小、能效高、冷源温度高、适用性广、节能潜力大等优点,具有可观的经济效益和社会效益。     

基于人工神经网络的制冷系统工况模拟

针对人工神经网络技术在制冷空调系统中的仿真应用,本文建立了单回路制冷系统的性能仿真系统。通过实验模拟制冷系统在夏季的负荷变动情况,得到了用于神经网络模型训练的样本数据。对制冷系统进行多种神经网络结构的建模,并进行了神经网络中各种结构参数对模型精度影响的分析。利用训练好的双隐层神经网络模型,研究了空调机组性能的影响因素,包括压缩机频率、室内外温度等。模拟结果表明,机组EER随着压缩机频率增加先增加后减少,随着室内温度升高而增加,随着室外温度升高而减少。结果表明,人工神经网络方法是分析制冷机组性能的一种有效途径。     

涡轮叶顶冷却布置对叶顶传热冷却性能的影响

本文采用数值模拟的方法,对比分析了1+1/2对转涡轮四种不同的叶顶冷却布置方案对叶顶传热、冷却性能以及气动特性的影响。四种布置方案分别是:靠近压力面垂直叶顶方向、靠近压力面且与叶顶有30°出射角、中弧线位置垂直叶顶方向、中弧线位置有30°出射角。研究表明,气膜孔沿压力面布置与气膜孔沿中弧线布置相比可以降低叶顶传热系数;由于气膜孔倾斜布置气膜射流动量降低,且削弱了肾形涡的影响,气膜的侧向覆盖范围增大。因此气膜孔靠近压力面布置可以提高气膜冷却效率;气膜孔靠近压力面且有30°出射角比垂直布置叶顶热负荷减少2.7%。另外,气膜孔靠近压力面布置可以降低主流的泄漏流量,有利于减小泄漏损失和提高涡轮效率。     

γ-Re_θ转捩模型在内部冷却叶片中的应用

燃气轮机内部通流冷却叶片的流动传热特性对于燃机的整体效率有着重要的影响,而叶片表面的转捩流场一直是阻碍对叶片冷却性能进行精确分析的主要因素.本文采用SST湍流模型及γ-Re_θ转捩模型对MARK Ⅱ叶型进行数值模拟,通过分析叶栅通道内传热特性以考察该转捩模型的适应性,肯定了该转捩模型对于湍流边界层发生位置判断的正确性,以及对转捩发生点上游叶片表面温度变化趋势的预测的正确性.同时本文指出γ-Re_θ转捩模型与湍流模型结合时可能存在对湍动能过渡抑制的问题,有待进一步研究.     

气膜孔角度对动叶前缘冲击/气膜复合冷却的影响

本文针对GE-E3第一级动叶前缘的冲击/气膜复合冷却结构进行了热流耦合数值研究.采用标准k-ω湍流模型,分析了前缘气膜孔对称布置时,其角度对透平动叶前缘冲击/气膜复合冷却特性的影响;在五种冷气质量流量比(MFR=0005,0.010, 0.016, 0.020, 0.025)下,研究了气膜孔在不同角度(β=20°,25...     

涡轮动叶冷却结构设计方法Ⅰ:参数化设计

基于冷却结构参数化设计、传统的管网计算方法与新兴的气热耦合数值模拟技术,提出了一套涡轮冷却结构设计方法,并编写了相关的设计程序与计算程序。利用参数化设计方法可以快速而精确地设计冷却结构,管网计算用于指导方案设计,气热耦合数值模拟用于指导详细设计。参数化设计中利用单元设计法程序实现动叶冷却通道快速设计;借助管网计算模型自动生成程序与CFD计算域三维实体快速造型方法,可以快速生成管网计算或在较短的时间内完成CFD计算域精确建模,为热分析计算提供条件。     

高温涡轮叶片三种内冷通道冷却性能的实验研究

本文用实验方法研究了高温涡轮叶片三种内冷通道的压力分布、冷热态流阻及局部换热系数分布．叶片前部分别采用径向光滑通道、集中冲击冷却和分散冲击冷却三种结构，叶片后部则分别采用三排φ3扰流柱和五排φ2扰流柱稠密布置两种结构．对这三种结构进行了冷却性能比较，提出了该类冷却通道的最佳结构．     

Comparisons of Heat Transfer Enhancement of an Internal Blade Tip with Metal or Insulating Pins

Cooling methods are needed for turbine blade tips to ensure a long durability and safe operation. A common way to cool a tip is to use serpentine passages with 180-deg turn under the blade tip-cap taking advantage of the three-dimensional turning effect and impingement like flow. Improved internal convective cooling is therefore required to increase the blade tip lifetime. In the present study, augmented heat transfer of an internal blade tip with pin-fin arrays has been investigated numerically using a conjugate heat transfer method. The computational domain includes the fluid region and the solid pins as well as the tip regions. Turbulent convective heat transfer between the fluid and pins, and heat conduction within pins and tip are simultaneously computed. The main objective of the present study is to observe the effect of the pin material on heat transfer enhancement of the pin-finned tips. It is found that due to the combination of turning, impingement and pin-fin crossflow, the heat transfer coefficient of a pin-finned tip is a factor of 2.9 higher than that of a smooth tip at the cost of an increased pressure drop by less than 10%. The usage of metal pins can reduce the tip temperature effectively and thereby remove the heat load from the tip. Also, it is found that the tip heat transfer is enhanced even by using insulating pins having low thermal conductivity at low Reynolds numbers. The comparisons of overall performances are also included.     

非定常激波对气膜冷却影响的数值模拟

利用数值计算的方法研究了非定常激波对下游涡轮叶片表面气膜冷却的影响.冷却气流在激波和尾迹经过的过程中,发生了上扬和重新被压制回壁面的现象.考察了壁面上特定点在有气膜和无气膜情况下的换热量.通过计算发现,有气膜时的换热量有不同程度的下降,而且换热量随时间变化的趋势也发生了很大的变化.气膜的覆盖减小了主流场对壁面换热量的影响.     

A numerical procedure to design internal cooling of gas turbine stator blades

The continuing need to improve both the efficiency and the specific power of gas turbines requires to progressively increase the temperatures of the turbine inlet.Because the first stator blades are heavily thermally loaded, efficient blade cooling is necessary.The cooling system is particularly delicate and its design must follow these guidelines:

• •minimum thermodynamic and fluid dynamic losses;
• •limited blade temperature even for reduced cooling mass flow.

Although the problem is important, analyses of possible designs are not common in literature and many constructors refer to practical experience and to various experimental results.This paper presents a comparative investigation to determine the effects of internal and external cooling in the same blade, on the basis of different combined solutions as it often happens. The cooling model will be considered one-dimensional: the limitation in the accuracy of the results is by far overcome by the simplicity and versatility of the approach. Finally, practical hints for designing an effective cooling system are derived, with particular attention to impingement. Then, global cooling parameters and medium blade will be determined in off-design condition.     

叶片尾缘内冷通道中最佳强化传热的针肋排列结构研究

本文应用湍流模型对涡轮叶片尾缘针肋通道的换热与流动进行了二维数值模拟研究。为了研究通道内针肋排列 方式对换热与流动的影响,对三种不同的针肋排列方式的通道进行了数值模拟计算。比较了顺排和叉排的区别,并提出了 一种沿流向叉排的针肋排列方式,且对各种排列的传热和阻力特性进行了综合分析和比较。     

翅片中带有热管的散热器数值模拟和实验研究

CPU温度的持续增高导致了能量分布不均匀,所以高热流密度热控制或大型服务器的冷却处理方式成为研究的热点。文中研究了翅片中带有热管的散热器,对其温度分布进行了数值模拟和实验研究分析,并与物理模型相同散热较好的平板型热管散热器进行了比较。结果表明:翅片中带有热管的散热器不仅可以提高散热器的传热温差,加强了散热底板的均温效果,而且使得翅片散热得到强化,更有效地降低了CPU的中心温度。