CN111970895B - 一种针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，针对的两相流冷却系统包括储液罐、电加热装置和单向阀，检测方法包括如下步骤：步骤1，关闭冷凝器至储液罐的单向阀，开启储液罐中的电加热装置，罐内冷却液发生相变，罐内气体体积不断增加且压力增长；步骤2，当储罐内液位不再下降，冷却系统管网中的蒸汽已全部液化时，计算储液罐中的气相体积和冷却系统的液相体积，冷却系统的充灌量为冷却系统气体与液体质量之和。本发明可依据本方法随时监测系统内充灌量情况，根据系统需求与实际量的差值，直接进行定量补液，提高大型两相流冷却系统的工程适用性与可靠性。

Description

一种针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法
技术领域
本发明涉及冷却技术领域，尤其涉及一种针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法。
背景技术
随着大型高热流密度电子设备(雷达、数据中心等)整机热耗与单点热流密度的不断增长，采用主动式两相流冷却系统，克服了单相液冷的局限性，其优势在于：冷却液流量需求降低，管路系统与末端冷却机组重量降低；供液温度无需过低，避免设备凝露风险；冷却液泄漏不会造成电子设备短路、打火等现象，提高安全性。
两相冷却系统对于冷却液充灌量(即冷却系统内的冷却液质量)有严格的要求，系统充灌量过高时，系统内管路空间限制液态冷却液的沸腾相变，高热耗条件下存在压力过高的风险；系统充灌量过低时，管路在高热流密度下存在蒸干缺液的风险，无法有效降低设备温度。
现有的制冷剂充灌技术仅关注储罐向冷却系统的定量充灌，可控制空载系统的初始充灌量。然而，当冷却系统长期运行或发生泄漏后，由于气液两相分布于冷却系统管网中，现有技术无法通过液位或管内压力定量判断两相流冷却系统内的充灌量。只能依据经验定性地充灌补液，造成系统缺液或过压的隐患；或者排空系统内冷却液再重新定量充灌，造成冷却工质的巨大浪费。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法。
本发明的具体内容如下：一种针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，其中，针对的两相流冷却系统包括储液罐、电加热装置和单向阀，储液罐的容积大于冷却系统内除储液罐外其他设备的管网内容积之和，电加热装置设置在储液罐中，单向阀设置在储液罐和冷凝器之间，冷凝器分别连接单向阀和冷却系统的阵面管网；
检测方法包括如下步骤：
步骤1，关闭冷凝器至储液罐的单向阀，开启储液罐中的电加热装置，罐内冷却液发生相变，罐内气体体积不断增加且压力增长，储液罐液位不断下降；
步骤2，当储罐内液位不再下降，冷却系统管网中的蒸汽已全部液化时，计算储液罐中的气相体积和冷却系统中的液相体积，冷却系统的充灌量为冷却系统液体质量与气相质量之和。
进一步的，在储液罐中设置液位测量装置，记录储液罐内液位不再下降时的液位H，储液罐满液状态下的液位或罐内总高度记为H0，通过以下方法记录冷却系统充灌 量m：
V气＝(H0-H)*S储液罐
V液＝V总-V气
m＝ρ气V气+ρ液V液
其中，S储液罐为储液罐的截面积，V总为冷却系统总容积，可通过系统各设备及连接管路的出厂规格直接确定；V气、V液、ρ气、ρ液分别为冷却系统内冷却液的气体体积、液体体积、气体密度、液体密度。
进一步的，在进行充灌量检测前，关闭冷却系统阵面管网内的全部热源设备。
进一步的，在进行充灌量检测前，使氟泵停止工作。
进一步的，在储液罐和氟泵之间设置注液口，在步骤2检测出冷却系统的充灌量后，将充灌量与冷却液的需求阈值进行比较，当充灌量小于系统冷却液需求阈值时，通过注液口进行补液；当充灌量高于系统冷却液的需求阈值时，通过注液口进行冷却液的回收。
进一步的，补液或者回收后再重复步骤1和2进行充灌量的确认，直至充灌量在系统冷却液需求阈值内。
进一步的，电加热装置设置在储液罐的底端，且低于储液罐的最低液位。
进一步的，冷却系统内充灌的工质为氟利昂。
本发明的针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，利用了液体近似的不可压缩特性与制冷剂氟利昂的相变特性，在储液罐中使用电加热装置，将系统内的氟利昂气体全部集中于储液罐内，继而测量获得两相系统的充灌量。可依据本方法随时监测系统内充灌量情况，根据系统需求与实际量的差值，直接进行定量补液，提高大型两相流冷却系统的工程适用性与可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为本发明的大型两相流冷却系统的示意图。
具体实施方式
结合图1，本实施例公开了一种针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，基于以下设备进行：
设备包括储液罐4、液位传感器、电加热装置6、单向阀5、氟泵3、冷凝器2和冷却阵面管网1，其中，液位传感器和电加热装置6均设置在储液罐4中，储液罐4与氟泵3 之间设有注液口8，冷却阵面管网1的输出端依次连接冷凝器2、单向阀5、储液罐4、氟泵3，氟泵3另一端连接冷却阵面管网1的输入端。本实施例中，液位传感器为液位计7，储液罐4的容积大于冷却系统内除储液罐4外其他设备的管网内容积之和，以使储液罐4 足以容纳冷却系统的全部蒸汽。本实施例中，冷却系统内充灌的工质为氟利昂。
本实施例的检测方法包括以下步骤：
检测前先关闭冷却阵面管网1的全部发热设备，以保证储液罐4内压力始终高于冷却阵面管网1内冷却剂的饱和蒸气压，管网内蒸汽液化能持续进行；关闭冷却系统的氟泵3，以保证储液罐4冷却液内气泡不会泵入管网中，提高检测效率。
步骤1，关闭冷凝器2至储液罐4的单向阀5，开启储液罐4中的电加热装置6；罐内冷却液发生相变，罐内气体体积不断增加且压力增长，液位计7测得罐内液位不断下降；
储液罐4与冷却阵面管网1相连，由于液体近似的不可压缩性，随着储液罐4压力的不断增长，冷却阵面管网1中的压力持续增长，由于该压力始终高于冷却液在室温状态下的饱和蒸气压，冷却阵面管网1的冷却液蒸汽在高压下持续液化，冷却阵面管网1中气相的体积减少量等于储液罐4中气相的体积增加；
步骤2，液位计7读数达到稳定时，储液罐4内液位不再下降，冷却阵面管网1中的蒸汽已全部液化，该大型两相冷却系统的气相已全部集中于储液罐4中，冷却阵面管网1 的全部容积减去储液罐4中气相体积，即为该冷却系统的液体体积，通过冷却系统的液体质量和气体质量即可得到系统的充灌量。
计算储液罐4内气相体积的方法如下：
进行充灌量检测时，首先开启电加热装置6，储液罐4内的冷却液相变导致气相体积增加，从液位计7监测储液罐4的液面不断下降。电加热装置6持续工作，待液位计7读数稳定时冷却阵面管网1、冷凝器2、氟泵3、以及全部连接管路中的冷却剂蒸汽已全部集中于储液罐4中。
记录稳定状态下的液位计7的示数，记为H。
储液罐满液状态下的液位或罐内总高度记为H0。
根据以下公式计算冷却系统内的充灌量m：
V气＝(H0-H)*S储液罐
V液＝V总-V气
m＝ρ气V气+ρ液V液
其中，S储液罐为储液罐4的截面积，V总为冷却系统总容积，可通过系统各设备及连接管路的出厂规格直接确定；V气、V液、ρ气、ρ液分别为冷却系统内氟利昂的气体体积、液体体积、气体密度、液体密度。
通过计算得到冷却系统内的冷却液质量之后，与该冷却系统的冷却液需求阈值进行比较，当冷却液质量低于冷却系统的需求阈值时，使用高精度制冷剂充灌装置在注液口8进行定量补液；当冷却液质量高于冷却系统的需求阈值时，使用高精度制冷剂充灌装置在注液口8进行定量回收；补液或回收操作结束后，重复充灌量检测操作，以确保充灌量符合系统稳定运行要求。
本实施例优选的，电加热装置6设置在储液罐4的底部位置，并且需要保证布置的位置低于储液罐4的最低液位，以防止电加热装置干烧，导致冷却液充灌量检测无法进行。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，其特征在于：针对的两相流冷却系统包括储液罐、电加热装置和单向阀，储液罐的容积大于冷却系统内除储液罐外其他设备的管网内容积之和，电加热装置设置在储液罐中，单向阀设置在储液罐和冷凝器之间，冷凝器分别连接单向阀和冷却系统的阵面管网；
检测方法包括如下步骤：
步骤1，关闭冷凝器至储液罐的单向阀，开启储液罐中的电加热装置，罐内冷却液发生相变，罐内气体体积不断增加且压力增长，储液罐液位不断下降；
步骤2，当储罐内液位不再下降，冷却系统管网中的蒸汽已全部液化时，计算储液罐中的气相体积和冷却系统中的液相体积，冷却系统的充灌量为冷却系统液体质量与气相质量之和。
2.根据权利要求1所述的针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，其特征在于：在储液罐中设置液位测量装置，记录储液罐内液位不再下降时的液位H，储液罐满液状态下的液位或罐内总高度记为H0，通过以下方法记录冷却系统充灌 量m：
V气＝(H0-H)*S储液罐，
V液＝V总-V气，
m＝ρ气V气+ρ液V液，
其中，S储液罐为储液罐的截面积，V总为冷却系统总容积，可通过系统各设备及连接管路的出厂规格直接确定；V气、V液、ρ气、ρ液分别为冷却系统内冷却液的气体体积、液体体积、气体密度和液体密度。
3.根据权利要求1所述的针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，其特征在于：在进行充灌量检测前，关闭冷却系统阵面管网内的全部热源设备。
4.根据权利要求1所述的针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，其特征在于：在进行充灌量检测前，使氟泵停止工作。
5.根据权利要求1所述的针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，其特征在于：在储液罐和氟泵之间设置注液口，在步骤2检测出冷却系统的充灌量后，将充灌量与冷却液的需求阈值进行比较，当充灌量小于系统冷却液需求阈值时，通过注液口进行补液；当充灌量高于系统冷却液的需求阈值时，通过注液口进行冷却液的回收。
6.根据权利要求5所述的针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，其特征在于：补液或者回收后再重复步骤1和2进行充灌量的确认，直至充灌量在系统冷却液需求阈值内。
7.根据权利要求1所述的针对大型两相流冷却系统充灌量的检测方法，其特征在于：电加热装置设置在储液罐的底端，且低于储液罐的最低液位。
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