CN113029504A - 低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测系统及方法 - Google Patents

低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

为了实现机载电子设备强迫风冷机箱侧壁通道内冷却空气滞止区面积的定量检测，本发明提供了一种低型面率渐扩通道内冷却空气滞止区的定量检测方法。该方法创造性地将滞止区面积的测量转化为通道投影灰度的测量，简便易行，可操作性强，且无需侵入通道流场内部，不会在测量过程中因测量仪器的使用而影响检测结果。通过采用该检测方法，可以准确的得到低型面率渐扩通道内冷却空气滞止区域的面积，从而科学地评估通道内各类导流结构的优劣。

Description

低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测系统及方法
技术领域
本发明属于机载电子设备热管理技术领域，涉及一种低型面率渐扩通道内冷却空气滞止区的定量检测方法。
背景技术
强迫风冷是机载电子设备中应用极为广泛的热管理方式。电子设备机箱采用外部供风的强迫风冷形式进行散热时，外部风管中的冷却空气需要流经机箱的侧壁通道。机箱侧壁中从风管的入口处到核心换热区域形成低型面率的渐扩通道。即该通道在入口处逐渐扩张，且通道高度相对于长度、宽度较低，可视为二维流动。冷却空气流入这样的通道极容易形成流动滞止区，无法在侧壁风道中均匀分配，导致换热效率下降。在通道中设计各种导流结构可减少流动滞止区，提高流动均匀性。滞止区定义为上述通道中流速小于某一限定值的区域。
为了准确评估各类导流结构的性能，需要定量检测流动滞止区面积的大小。现有的测量仪器设备无法方便且准确测量这一指标。
发明内容
本发明提供了一种低型面率渐扩通道内冷却空气滞止区的定量检测方法，以实现机载电子设备强迫风冷机箱侧壁通道内冷却空气滞止区面积的定量检测。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测系统，所述系统设置于低型面率渐扩通道模型前端，所述系统包括：冷却空气驱动泵；烟雾驱动泵、烟雾发生器、搅拌器、流量计以及灰度仪，其中：
所述冷却空气驱动泵、搅拌器、流量计和标准通道/低型面率渐扩通道模型依次通过管路串联起来，其中标准通道为横截面一致的通道，
在冷却空气驱动泵和搅拌器之间增加一支旁路，其中旁路顶端连接所述烟雾驱动泵，旁路侧面通过支路连接所述烟雾发生器；所述灰度仪设置于标准通道/低型面率渐扩通道模型的上方；
所述标准通道和低型面率渐扩通道模型均为可透光通道，在标准通道和低型面率渐扩通道底部均粘贴有纯黑底膜；
当采用所述标准通道时，在标准通道的末端出口截面中心位置放置有风速计。
进一步地，所述烟雾发生器产生的白色烟雾灰度值为255，所述纯黑底膜的灰度值为0。
进一步地，所述标准通道和低型面率渐扩通道模型的材质为透明的有机玻璃。
进一步地，所述标准通道的入口截面积、通道长度与低型面率渐扩通道入口截面积、通道长度一致。
一种低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测方法，包括：
步骤1，对于实际待检测的低型面率渐扩通道，其通道入口流量为a m3/s，通道中流速小于b m/s的区域为滞止区域；制作与低型面率渐扩通道结构相同的低型面率渐扩通道模型；
步骤2，首先将定量检测系统与标准通道连接，进行滞止区上限流速标定，包括：
开启冷却空气驱动泵、烟雾驱动泵和烟雾发生器，白色烟雾混合在冷却空气中向下游流动；流经搅拌器后，白色烟雾进一步与空气充分混合均匀；通过风速计监控标准通道出口中心位置的流速，调节冷却空气驱动泵的功率，使得出口中心位置的流速为b m/s；在此前提条件下采用灰度仪检测到标准管路中心位置的灰度值为c；
步骤3，将步骤2中的标准通道替换为低型面率渐扩通道模型并去掉风速计，进行滞止区检测；
通过时通道模型中入口的流量为a m3/s，获取低型面率渐扩通道模型的灰度值，基于该灰度值以及所述灰度值c，确定通道模型中滞止区的面积，该面积即为实际待检测的低型面率渐扩通道中滞止区的面积。
进一步地，所述通过时通道模型中入口的流量为a m3/s，获取低型面率渐扩通道模型的灰度值，包括：
调节冷却空气驱动泵的功率，使用流量计进行监控，使得通道模型中入口的流量为a m3/s；在此前提条件下采用灰度仪检测得到低型面率渐扩通道模型的灰度值，记得到的通道模型的图像中的像素数量为n，即总共有n个灰度值。
进一步地，所述基于该灰度值以及所述灰度值c，确定通道模型中滞止区的面积，包括：
运用图像处理软件计算所述n个灰度值中小于c的个数m，那么通道模型中滞止区的面积S可通过下式计算得到：
S＝S总m/n
其中S总为整个通道模型在灰度仪下方投影的总面积。
进一步地，所述入口流量a为实际待检测的低型面率渐扩通道的设计流量，流速b的取值为0～0.5m/s。
与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
1.本发明提供的检测方法，无需侵入通道流场内部，不会在测量过程中因测量仪器的使用而影响检测结果。
2.本发明提供的检测方法简便易行，可操作性强。
3.本发明的提供的检测方法可准确定量给出低型面率渐扩通道内滞止区面积，从而高效的实现低型面率渐扩通道内导流结构的性能评估。
附图说明
图1为实施例的标定原理图。
图2为实施例的检测原理图。
图3为低型面率渐扩通道在实施例中的结构示意图。
图中标号说明：1：冷却空气驱动泵；2：烟雾驱动泵、3：烟雾发生器；4搅拌器；5：流量计；6：灰度仪；7：低型面率渐扩通道模型；71：通道入口；72：导流结构；8：纯黑底膜；9：标准通道；10：风速计；11：管路。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在有没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明首先提供了一种低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测系统，所述系统设置于低型面率渐扩通道模型前端，所述系统包括：冷却空气驱动泵；烟雾驱动泵、烟雾发生器、搅拌器、流量计以及灰度仪，其中：
所述冷却空气驱动泵、搅拌器、流量计和标准通道/低型面率渐扩通道模型依次通过管路串联起来，其中标准通道为横截面一致的通道，例如为直管状通道；为了便于灰度仪的检测，所述标准通道和低型面率渐扩通道模型的材质均为透明材质，例如为透明的有机玻璃。所述标准通道的入口截面积、通道长度与低型面率渐扩通道入口截面积、通道长度一致。
在冷却空气驱动泵和搅拌器之间增加一支旁路，其中旁路顶端连接所述烟雾驱动泵，旁路侧面通过支路连接所述烟雾发生器；所述灰度仪设置于标准通道/低型面率渐扩通道模型的上方；灰度仪用于通过拍摄标准通道/低型面率渐扩通道模型的照片并计算灰度值。所述烟雾发生器产生的白色烟雾灰度值为255，白色烟雾只能在空气中保持有限时间。
所述标准通道和低型面率渐扩通道模型均为可透光通道，在标准通道和低型面率渐扩通道底部均粘贴有纯黑底膜，纯黑底膜的灰度值为0。
当采用所述标准通道时，在标准通道的末端出口截面中心位置放置有风速计。本方案中，标准通道和低型面率渐扩通道模型为可替换的方式与检测系统连接，通过比对的方式，来确定滞止区的面积。
在上述技术方案的基础上，本发明进一步提供了一种低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测方法，包括：
步骤1，对于实际待检测的低型面率渐扩通道，其通道入口流量为a m3/s，通道中流速小于b m/s的区域为滞止区域；制作与低型面率渐扩通道结构相同的低型面率渐扩通道模型，通过对通道模型滞止区的检测，来得到实际通道结构的滞止区。所述入口流量a为实际待检测的低型面率渐扩通道的设计流量，流速b根据工程实际需求确定，例如取值为0～0.5m/s。
步骤2，首先将定量检测系统与标准通道连接，进行滞止区上限流速标定，包括：
开启冷却空气驱动泵、烟雾驱动泵和烟雾发生器，白色烟雾混合在冷却空气中向下游流动；流经搅拌器后，白色烟雾进一步与空气充分混合均匀；通过风速计监控标准通道出口中心位置的流速，调节冷却空气驱动泵的功率，使得出口中心位置的流速为b m/s；在此前提条件下采用灰度仪检测到标准管路中心位置的灰度值为c；这样就得到了流速与灰度值之间的映射关系。
步骤3，将步骤2中的标准通道替换为低型面率渐扩通道模型并去掉风速计，同样需要在低型面率渐扩通道的底部贴附纯黑底膜，形成的连接状态如附图2所示，进行滞止区检测；
通过时通道模型中入口的流量为a m3/s，获取低型面率渐扩通道模型的灰度值，具体为：
调节冷却空气驱动泵的功率，使用流量计进行监控，使得通道模型中入口的流量为a m3/s；在此前提条件下采用灰度仪检测得到低型面率渐扩通道模型的灰度值，记得到的通道模型的图像中的像素数量为n，即总共有n个灰度值。
基于该灰度值以及所述灰度值c，确定通道模型中滞止区的面积，该面积即为实际待检测的低型面率渐扩通道中滞止区的面积，具体包括：
运用图像处理软件，例如例如photoshop，或者数据处理软件例如matlab即可计算所述n个灰度值中小于c的个数m，那么通道模型中滞止区的面积S可通过下式计算得到：
S＝S总m/n
其中S总为整个通道模型在灰度仪正下方的投影面积。
如图3所示，为实际的实际待检测的低型面率渐扩通道的结构示意图；在该通道入口处设置有导流结构，则通过本发明方法计算出滞止区面积后，可通过滞止区面积大小来评估导流结构的性能优劣，从而指导产品设计。
以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测系统，其特征在于，所述系统设置于低型面率渐扩通道模型前端，所述系统包括：冷却空气驱动泵；烟雾驱动泵、烟雾发生器、搅拌器、流量计以及灰度仪，其中：
所述冷却空气驱动泵、搅拌器、流量计和标准通道/低型面率渐扩通道模型依次通过管路串联起来，其中标准通道为横截面一致的通道；
在冷却空气驱动泵和搅拌器之间增加一支旁路，其中旁路顶端连接所述烟雾驱动泵，旁路侧面通过支路连接所述烟雾发生器；所述灰度仪设置于标准通道/低型面率渐扩通道模型的上方；
所述标准通道和低型面率渐扩通道模型均为可透光通道，在标准通道和低型面率渐扩通道底部均粘贴有纯黑底膜；
当采用所述标准通道时，在标准通道的末端出口截面中心位置放置有风速计。
2.根据权利要求1所述的低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测系统，其特征在于，所述烟雾发生器产生的白色烟雾灰度值为255，所述纯黑底膜的灰度值为0。
3.根据权利要求1所述的低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测系统，其特征在于，所述标准通道和低型面率渐扩通道模型的材质为透明的有机玻璃。
4.根据权利要求1所述的低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测系统，其特征在于，所述标准通道的入口截面积、通道长度与低型面率渐扩通道入口截面积、通道长度一致。
5.一种低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测方法，其特征在于，包括：
步骤1，对于实际待检测的低型面率渐扩通道，其通道入口流量为a m3/s，通道中流速小于b m/s的区域为滞止区域；制作与低型面率渐扩通道结构相同的低型面率渐扩通道模型；
步骤2，首先将定量检测系统与标准通道连接，进行滞止区上限流速标定，包括：
开启冷却空气驱动泵、烟雾驱动泵和烟雾发生器，白色烟雾混合在冷却空气中向下游流动；流经搅拌器后，白色烟雾进一步与空气充分混合均匀；通过风速计监控标准通道出口中心位置的流速，调节冷却空气驱动泵的功率，使得出口中心位置的流速为b m/s；在此前提条件下采用灰度仪检测到标准管路中心位置的灰度值为c；
步骤3，将步骤2中的标准通道替换为低型面率渐扩通道模型并去掉风速计，进行滞止区检测；
通过时通道模型中入口的流量为a m3/s，获取低型面率渐扩通道模型的灰度值，基于该灰度值以及所述灰度值c，确定通道模型中滞止区的面积，该面积即为实际待检测的低型面率渐扩通道中滞止区的面积。
6.根据权利要求5所述的低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测方法，其特征在于，所述通过时通道模型中入口的流量为a m3/s，获取低型面率渐扩通道模型的灰度值，包括：
调节冷却空气驱动泵的功率，使用流量计进行监控，使得通道模型中入口的流量为am3/s；在此前提条件下采用灰度仪检测得到低型面率渐扩通道模型的灰度值，记得到的通道模型的图像中的像素数量为n，即总共有n个灰度值。
7.根据权利要求5所述的低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测方法，其特征在于，所述基于该灰度值以及所述灰度值c，确定通道模型中滞止区的面积，包括：
运用图像处理软件计算所述n个灰度值中小于c的个数m，那么通道模型中滞止区的面积S可通过下式计算得到：
S＝S总m/n
其中S总为整个通道模型在灰度仪下方投影的总面积。
8.根据权利要求5所述的低型面率渐扩通道冷却空气滞止区的定量检测方法，其特征在于，所述入口流量a为实际待检测的低型面率渐扩通道的设计流量，流速b的取值为0～0.5m/s。
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