用于大功率IGBT的微通道冷却单元流动沸腾换热研究

发布时间：2023-11-04 08:19

　　本文以高速列车牵引变流器IGBT模块的大功率散热要求为研究背景,在对传统的IGBT冷却技术充分调研的基础上,结合微细尺度流动沸腾相变换热的高效性和结构紧凑性,提出基于微通道冷却单元的IGBT模块散热技术路线。建立了自然循环动力和强制循环动力下的冷却实验系统,研究内容包括:微通道单元-自然循环冷却系统的启动和换热特性;微通道内R134a流动沸腾换热特征和规律;微通道内R134a流型转化以及换热机制的转变;基于实验数据和理论研究的微通道结构优化等。自然循环动力冷却系统的启动过程分三个阶段,成功启动后回路各状态点构成稳定的热力循环。分析了该系统整体换热性能,自然循环动力下影响系统和微通道单元换热的主要因素有充液率和热流密度;微通道内核态沸腾区的气泡脱离直径和气泡脱离频率是热流密度的单值函数;热流密度越大,气泡脱离频率越大,因此冷热端压差越大,质量流速越大,加速了启动和流型转化。基于已有研究,提出了自适应条件下微通道内泡状流-弹状流转化判据。强制循环动力下影响微通道单元换热的主要因素有热流密度、质量流速和饱和温度。换热系数随热流密度的增大呈“M型”规律变化,随质量流速和饱和温度的升高而增大。饱...

【文章页数】：105 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 引言
    1.1 课题研究背景
    1.2 课题研究现状
        1.2.1 变流器IGBT冷却的研究现状
        1.2.2 微细尺度流动沸腾换热研究现状
    1.3 目前存在的问题
    1.4 本文研究目标及内容
        1.4.1 研究目标
        1.4.2 研究内容
2 实验系统
    2.1 实验系统
        2.1.1 自然循环动力冷却系统(NCCS)
        2.1.2 强制循环动力冷却系统(FCCS)
    2.2 微通道实验段
        2.2.1 整段式微通道冷却单元
        2.2.2 分段式微通道冷却单元
    2.3 实验条件及工况
    2.4 实验步骤
    2.5 数据处理
    2.6 不确定度分析
    2.7 本章小结
3 微通道单元-自然循环冷却系统启动特性研究
    3.1 微通道单元-NCCS启动优势
    3.2 微通道单元- NCCS启动特性研究
        3.2.1 微通道单元-NCCS启动过程
        3.2.2 微通道单元-NCCS压升过程
    3.3 热流密度对启动特性的影响机理研究
        3.3.1 热流密度对气泡生长的影响
        3.3.2 热流密度对气泡脱离和质量流速的影响
    3.4 本章小结
4 微通道单元-自然循环动力下的换热特性研究
    4.1 微通道单元-NCCS稳定运行特性研究
        4.1.1 NCCS稳定运行的热力循环
        4.1.2 NCCS总热阻和质量流速
    4.2 NCCS-微通道单元换热影响因素研究
        4.2.1 充液率对微通道单元换热系数的影响
        4.2.2 热流密度对微通道单元换热系数的影响
    4.3 NCCS-微通道单元内核态沸腾特征研究
        4.3.1 NCCS-微通道内热流密度对流型的影响
        4.3.2 NCCS-微通道内泡状流-弹状流的转化
        4.3.3 NCCS-微通道内弹状流流速计算模型
    4.4 本章小结
5 微通道单元-强制循环动力下的换热特性研究
    5.1 FCCS-微通道单元换热影响因素研究
        5.1.1 热流密度对换热系数的影响
        5.1.2 质量流速对换热系数的影响
        5.1.3 饱和温度对换热系数的影响
    5.2 FCCS-微通道单元换热机理研究
        5.2.1 饱和温度对微通道流型的影响
        5.2.2 核态沸腾-对流蒸发机制的转化
    5.3 FCCS-微通道单元分段式结构优化研究
        5.3.1 通道结构对IGBT表面控温特性的影响
        5.3.2 通道长度对微通道换热系数的影响
        5.3.3 通道长度对蒸汽干度和流型的控制
        5.3.4 微通道冷却单元分段式结构优化设计
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 本文主要结论
    6.2 工作不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集



本文编号：3859928