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波纹微通道冷却系统实验台

时间:2016/6/6 19:36:41

波纹微通道冷却系统实验台                                

1、加热系统

本研究中利用直流稳压电源输电给电加热膜,加热膜与基板之间紧贴,确保导热无障碍。这就能够比较真实的模拟IGBT正常工作时的发热。电源如图1所示。            

      波纹微通道冷却系统实验台       

                          1试验台整体图                      

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                    图直流稳压电源图                    数据采集器        

电热膜(如图5)是北京宏宇航天技术有限公司设计制造的。为了接近真实的散热情况,抛光打磨冷却基板后,确保表面干净无尘,然后装电热膜。将电加热膜用透明胶布粘在冷却基板上,接下来的顺序是云母板(隔热、绝缘、紧固)、石棉橡胶板(隔热、紧固),然后用螺栓将以上物件紧紧的压在一起。在装好的试件外面采用绝热材料(厚度约15 mm)打包好,由此确保整个试件和外部环境没有热量交换,生成的热量必须由水带出。

波纹微通道冷却系统实验台波纹微通道冷却系统实验台 

                        电加热膜实体             图6 加热膜安装

2、冷却系统

为了连续多种流量工况的进行比较,确保入口水温的不变,可以有效的优化结果,我们启用了低温恒温循环器。低温恒温循环器(图4)是以冷却液(常用冷却液为水,低温常用合成冷却液,如乙二醇的水溶液等,以下简称冷却液或简称“水”)为传热介质,将其它需要冷却的仪器或设备产生的热量及时传给水,随循环水将热量传到周围环境中,有效防止设备烧坏,同时也能延长设备寿命。循环是依靠非自吸式卧式多级离心泵(图7)工作控制的,根据自带的温度传感器,实时调整压缩机的运行转态,最终确保入口水温恒定。

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                      低温恒温循环器             7 非自吸式卧式多级离心泵

3、测温系统

综合考虑经济性和测温范围,实验中所选用的测温工具为热电偶。实验选用铜线、康铜线的直径均是0.3 mm外加绝缘套管。铜-康铜热电偶以其时间响应好、线性度优(±100℃)、成本便宜,一定是作为实验室的首选。

基于精度要求考虑,温度采集系统采用美国生产制造的(单板支持四十通道,共支持两块板子)数据采集仪,它可以很直观的查看所测温度的电动势,也能在界面上进行温度的转换以及打印记录等功能。而且还可自动对热电偶的冷端进行补偿,使得测出的数据更真实有效。

实验测温点的布置有两处:第一,为了分析冷却基板的传热性能及表面温度分布的特点,布置在冷却基板的表面上第二,为了测量冷却芯板进口、出口冷却剂的温度。布置在冷却芯板的进口和出口的管道上。

热电偶制作完成之后,首先是通过实验室的超级低温恒温器来进行标定。恒温器温度标定值分别设定在20 ℃、25 ℃、30 ℃、……85 ℃、90 ℃,通过标准温度计来实现温度的控制,依次改变恒温器内的水温设定值,得到相应的热电动势。

最后,对所得热电动势进行温度的拟合、转换,得到每一根热电偶的测温拟合曲线,取线性关系好的热电偶用于实验测量。

4、实验的实施方法

第一,确定加热功率。本研究设计的是单层流体冷却通道,采用的是对单块散热基板加热的方法。由于本研究主要是通过实验来获得最大的表面传热系数h,而表面传热系数与加热功率的大小无关,所以确定加热功率后,可以保持加热功率恒定。

第二,冷却剂流量的变化。在加热功率恒定的情况下,改变冷却剂的流量,从而得到不同流量下的Re-Nu关系曲线图。

第三,进行实验,获得实验数据。

5、实验步骤

(1)检查实验设备并确保实验条件充分,启动电脑,运行数据采集系统,按照测量要求,对采集系统进行预热2个小时。

(2)恒温槽中,加入蒸馏水作为冷却剂,蒸馏水的液位不能低于工作台板20mm

(3)启动恒温水槽,设定温度为30 ,鉴于默认状态为加热,按压水泵按钮,水泵开始工作。

(4)当恒温槽达到预设温度后,启动直流电源,调整电源的加热功率为不超过300 W。本实验中设定电热膜的加热功率为297.95 W,总电压为50.5 V,总电流为5.9 A

(5)接下来,调节低温恒温循环器,按压制冷按钮,确保入口温度基本保持不变。

(6)调节阀门,最好是将流量从大到小的顺序依次,方便实验连续进行。

(7)等到数据基本不变时,并且符合热平衡要求后,停止采集数据,保存文件。

(8)实验中要时刻高度关注冰桶中冰的量,确保冰点正常。

(9)实验完毕,暂停数采,将电压、电流调到0,关闭电源开关,拉闸切断电路,确保设备不具有安全隐患。

(10)将DHX-030的中的“制冷”模式停止,并关停泵,断开DHX-030的“电源”。待实验中冷却剂完全冷却后,将冷却剂从低温恒温循环器的恒温槽中取出。

(11)断开数采电源,关闭数采系统界面,记录存储位置。

 

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