[發明專利]一種帶連接頭的大功率水冷母線局部溫度預測方法

有效

• 申請號: 202010850268.X
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111950797B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 蔣力;王重馬;傅鵬;許雪松;胡兵;陳濤;王振尚
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G01K7/16;G06F17/10;G06F119/08;G06F113/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

1.一種帶連接頭的大功率水冷母線局部溫度預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：首先定義水冷系統的參數：給定母線通過的電流，進口水溫，水流量，假設出口水溫；

步驟2：給定一個母線主體溫度T_w進行后續的功率計算和驗證；

步驟3：根據步驟2給定的母線主體溫度，考慮導體電阻隨溫度變化的影響，計算母線本體電阻和接觸電阻大小，進而計算母線系統在給定電流下的功率；母線和軟連接的焦耳熱計算如下：

式中，R_b為帶軟連接母線的電阻，R_cont為軟連接引起的接觸電阻，I為流過母線的電流，l為母線長度，a、b分別為母線截面的長度和寬度，r為水孔半徑，ρ_al為鋁母線的電阻率；因此，電阻率的線性變化通過下式計算：

ρ_al＝2.6548×10^-6×(0.00429×(T_w-25)+1) (2)

其中，T_w是定義的母線主體溫度；

假設母線的焦耳損耗完全由冷卻水傳遞，則可以認為：

P_water＝πr²V_fρ_f△Tc_f (3)

其中，V_f為水孔速度，ρ_f為水密度，△T為進出水溫差，c_f為水的比熱容；P_water為冷卻水耗散的功率；

由公式(1)至(3)，得到換熱過程中的出水溫度，冷卻水的特征溫度T_f由進出口溫度進行估算：

其中，T_inlet和T_outlet分別為冷卻水的進口溫度和出口溫度，此溫度用于驗證傳熱效率和查找冷卻水物理參數；

管道內液體的傳熱包括湍流和層流，有三個需要用到的參數，分別是雷諾數R_e，普朗特數P_r和努賽爾數N_uf，R_e的計算方法是：

其中，η_f為水特征溫度的動態粘度，d為管徑；當R_e2200時，按層流計算；當2200R_e10000時，按過渡區計算；當R_e10000時，按湍流計算；

大功率水冷母線屬于湍流，對于管內湍流強迫對流換熱，努塞爾數N_uf為：

Nu_f＝0.023Re^0.8 Pr^0.4 (6)

P_r是水的特征溫度T_f下的普朗特數；

對流換熱系數h根據水的性質計算：

其中，在特征溫度T_f下，流體的導熱系數λ_f；

母線水傳遞的實際焦耳損耗計算如下：

其中：

△T_max＝T_w-T_inlet (9)

△T_min＝T_w-T_outet (10)

母線和冷卻水之間的功率損耗誤差可以表示為：

當小于設定值時，滿足條件，否則，當水流速度和環境溫度保持恒定時，重新定義母線溫度T_w；

步驟4：根據步驟1給定的進口水溫和假設的出口水溫，計算冷卻水的焦耳熱，基于此得到冷卻水的溫升下帶走的功率；

步驟5：校驗步驟3和步驟4計算的功率誤差是否滿足工程應用條件，不滿足則重新定義母線系統出口水溫，重復步驟1至步驟5直至滿足條件，滿足后進行下一步驟；

步驟6：基于步驟5結果計算預估的冷卻水平均溫度T_f和相應的對流換熱系數；

步驟7：將步驟6的參數進行熱電耦合仿真，估計母線主溫度和接觸位置的溫度。

2.根據權利要求1所述的一種帶連接頭的大功率水冷母線局部溫度預測方法，其特征在于：

水冷系統的冷卻水通過母線內部水孔，連接頭處利用外部軟管連接。