基于平板微热管阵列的自然冷源换热器结构设计与性能研究.pdfVIP

摘要

数据中心的迅速发展带来了巨大的能源消耗问题，降低数据中心空调系统的能

源消耗具有重要意义。平板微热管阵列是一种基于液体相变的高效热传导装置，具有

高热导率、轻量化、灵活性和可靠性等优点。本文以平板微热管阵列作为传热原件，

设计并优化整体式平板微热管阵列换热器。

本文阐述了微热管理论基础，对微热管阵列结构、传热原理、传热本质、传热极

限、传热影响因素做出介绍，根据微热管选型理论选择微热管工作温度、工质、管壳

材料选择、充液量和尺寸。对换热器横竖排数量、横竖排间距进行数值模拟研究，获

得平板微热管阵列换热器尺寸最优值。对得出的平板微热管阵列换热器加装平直翅

片，探究翅片间距、厚度、进口速度和温度对换热器的影响，并与实际测试结果进行

对分析，获得平板微热管阵列换热器换热性能最优值，对平板微热管阵列换热器加装

喷淋装置，探究喷淋口数量、孔径、进口速度和温度对换热器的影响，获得平板微热

管阵列换热器换热性能最优值并进行节能效益分析。

在换热器中微热管横排数量为18根，竖排数量为5排，横排距离为20mm，竖

排距离为0mm时，平板微热管阵列换热器表现出最佳的换热性能，加装平直翅片后，

翅片间距取值为5mm，翅片厚度取值为1.0mm，进口速度取值2700m³/h，室外进口

温度取值-8℃，换热器的换热性能最佳。加装喷淋装置后，喷淋口数量为6个，喷淋

口进口速度为3.5m/s，进口温度为0℃，喷淋口孔径14mm，换热器的换热性能最佳。

使用加装喷淋装置的平板微热管阵列换热器后对比空调系统一年节省电费约15780

元，平板微热管阵列换热器初始投资对比空调多19000元，静态投资回报期为1.13

年。

综上所述，本文采用Fluent进行数值模拟，对整体式平板微热管阵列换热器的

换热性能进行深入研究，其相关结果对降低数据中心能源消耗有一定的参考作用。

关键词微热管；翅片优化；喷淋装置；数值模拟；节能分析

Abstract

Therapiddevelopmentofdatacentershasledtosignificantenergyconsumptionissues,

makingitcrucialtoreducetheenergyconsumptionofdatacenterairconditioningsystems.

Theflatplatemicro-heatpipearrayisanefficientheatconductiondevicebasedonliquid

phasechange,characterizedbyhighthermalconductivity,lightweight,flexibility,and

reliability.Thispaperfocusesonthedesignandoptimizationofanintegratedflatplate

micro-heatpipearrayheatexchangerusingtheflatplatemicro-heatpipearrayastheheat

transfercomponent.

Thepaperpresentsatheoreticalframeworkformicro-heatmanagement,outliningthe

structuralcharacteristicsofmicro-heatpipearrays,heattransferprinciples,thefundamental

principlesofheattransfer,heattransferlimitations,andthefactorsthatinfluenceheat

transfer.Itthenappliesthistheoreticalframeworktoselectmicro-heatpipeworking

temperatures,workingfluids,pipean