分布式参数模型在微通道环路热管热管理中的应用

01背景介绍

随着互联网的突飞猛进和 数据中心规模的不断扩大，5G、大数据等新兴技术走进人们的日常生活。数据中心的规模和数量也在不断增加，能源消耗急剧增加。因此，节能降耗已成为人们的关注焦点。然而， 空调制冷系统的能耗占整个数据中心能耗的40%以上。因此，新型 冷却系统既要满足数据中心散热的要求，又要尽可能降低能耗。

环路热管（LHP）采用重力分离式，具有高导热率和高度可调结构的协同优势。同时，LHP装置根据蒸发器和冷凝器相对分离的特点，将密闭柜体与外界环境隔离，避免灰尘、湿气等外部环境因素的干扰，保证内部运行的稳定性。最重要的是，将环路热管应用于数据中心的 热管理，可以弥补传统风冷散热抗干扰能力弱、空调制冷能耗高的缺点。此外，微通道平行流换热器具有结构紧凑、制冷剂充注量少、传热性能好的优点，目前主要应用于汽车空调、小型制冷设备等。因此，采用微通道并流换热器作为LHP的蒸发段和冷凝段是一种新型高效的散热方式，具有良好的散热效果。在 充电站、数据中心等封闭机柜散热领域具有较高的应用前景。

02成果掠影

近期，东南大学能源与环境学院陈振乾教授团队提出了三维分布参数模型并结合实验系统，研究了填充率、高度差、换热器结构和运行参数对MCLHP系统传热性能的影响。研究团队特别提出了泵辅助MCLHP来提高传热能力。分布参数模型与响应面法相结合的模拟表明，最大传热能力为1.402 kW，填充率为79.7%。虽然改变结构参数会提高传热能力，但它将通过增加空间结构和空气阻力来补偿。研究所提出的泵辅助MCLHP系统可以稳定运行，传热能力高达4kW，在充电桩和数据中心等高热通量冷却中具有潜在的应用前景。相关研究成果以“Application of distributed parameter model in thermal management of microchannel loop heat pipe”为题发表于《Applied Thermal Engineering》。

图1 (a) MCLHP系统；(b)微通道平行流换热器的结构和控制体积；(c)换热器中的流体流体路径和压降

图2 CV数量对MCLHP系统模拟传热容量和偏差的影响

图3 (a)实验MCLHP系统；(b) MCLHP系统，部分黄色，测试泵辅助MCLHP系统的传热性能

图4 结构参数对传热能力的影响：(a)填充比和高度差；(b)填充比和平管高度；(c)填充比和散热片间距；(d)高差和平管高度；(e)高度差和散热片间距；(f)扁管高度和散热片间