密閉式循環冷卻系統多支路流量-水阻實驗平臺

洪春鳳，任 凱，符夏穎，楊偉龍，郭紹強，汪廣武，耿 曼，劉建偉，蒙元楷

(廣州高瀾節能技術股份有限公司，廣東 廣州 510663)

管路的主要作用是輸送冷卻介質至各被冷卻器件，最終各被冷卻器件的熱量通過冷卻介質帶走。被冷卻器件在使用前需要進行測試，以得知是否在額定的流量下器件能達到的需求功率，以滿足整機散熱效果。正確得知器件性能參數有利于冷卻系統的準確設計，有利于變頻柜內管路的均勻分配。

多支路流量-水阻實驗平臺主要用于被冷卻器件額定流量下水阻測試，可以采用并聯、串聯的方式進行多級測試。實驗平臺可實現模擬被冷卻器件水阻，并均衡分配各不同器件的水阻，使得系統中的被冷卻器件流量均衡，滿足散熱要求。

本文通過對平臺的設計原理，核算，再到結構的設計，結論一系列來論述此平臺的設計。

1 設計原理

實驗平臺為得知被冷卻器件流量-水阻性能參數提供條件。

如圖1流程圖所示，多支路流量-壓力實驗平臺，包括循環水泵(1)，通過循環水泵(1)出水端連接散熱模塊(3)，以保證系統在運行過程當中降低介質溫度。出水端連接閥門(6-1)(7)(6-2)，以此來調節出口端的流量大小。循環水泵(1)回水端連接帶可視液位緩沖罐(8)，可緩沖由于瞬間沖擊帶來的震動。

系統出水端連接支路調節閥門(9)，可調節設計的額定流量，可通過水阻(12)達到模擬效果。

由于整個實驗平臺系統需要滿足大小不同的各類流量-水阻測試，故多支路設置為不同的流量測試，選擇的范圍廣，精度高。 根據流量不同，需要調整系統流量的大小，故水泵設置為變頻且增加短路閥門。

包括通過管路連接成循環回路的主循環水泵、緩沖罐、不同流量支路接入口及散熱模塊，所述不同流量支路接入口包括流量變送器傳感元件和通過各支路的壓力變送器及壓力變送器間的模擬水阻，可同時自動測出幾個支路管道水阻。

選用電子流量計，壓力變送器，各器件可以與上位機所在的控制柜相連，數據上傳CPU，通過CPU控制，實現觸摸屏操作，實現自動控制，根據測試目的，調整流量、壓力，水阻等，以便完成目的測試，非常實用。

圖1 流程圖

2 主要器件核算

根據冷卻系統的設計原理，確定各器件的壓損，核算出主要部件。

某系統模塊流量-壓力配比測試，模塊水路系統原理圖如圖2所示。

圖2 模塊水路系統原理圖

管路元件流量-水阻參數如表1所示。

表1 管路元件流量-水阻參數

根據以上數據，得出管路系統中最大的并聯支路元件為5 bar，其他支路按照此支路配比。

假設系統總流量為130L/min，計算不銹鋼主管流阻，直管流阻計算公式:

i= 105·(G/C)1.85·(dj)-4.87(1)

式中：i-比摩阻(kPa/m)；

G-水流量(m3/s)；

dj-管道計算內徑(m)；

C -海澄威廉系數，對于塑料管C=140，不銹鋼管C=130。

H=i·L (2)

式中H-流阻(kPa)；

L-管路長度(m)。

彎頭壓降計算：

H=§·v2/2g (3)

式中§-為水頭損失系數，取工程經驗值1.13。

表2 水力核算

系統總流量為130 L/min時，被冷卻器件支路(支路軟管+被冷卻器)最大流阻為5+0.2(經驗值)=5.2bar，不銹鋼主管道的流阻為0.16bar，則整個管路系統(不銹鋼部分+橡膠軟管)流阻為5.2+0.16=5.36bar，為滿足大小水阻的器件，算上管路壓損，根據經驗，水泵的揚程選定為80 m。

由于器件流量壓損各不相同，目前選取的流量分為三個范圍，0.5 ～12 L/min，12～70 L/min，70～400 L/min，可滿足不同階段的流量測試范圍，提高精度，水泵變頻處理。

3 結構設計

本系統零部件主要包括：水泵、罐體、散熱器、流量計、截止閥、壓力變送器、球閥、溫度變送器等。

主要零部件的作用：

水泵：為整個系統提供動力源；

罐體：穩壓，減緩沖擊并實時監測系統水量；

散熱器：主要在系統進行測試作用時對整個系統進行冷卻；

流量計：被冷卻器件及其支路流量監測；

壓力變送器：被冷卻器件及其支路壓力監測；

截止閥：調節被冷卻器件支路的流量屬性；

球閥：調節主管路上的流量進行分流。

流量與壓力數據上傳CPU，如圖3系統結構圖所示，為便于測試調節與監控，觸摸屏的界面與截止閥門同一方向，將閥門高度設置為人體適宜操作位置，可同時操作觸摸屏與閥門。

圖3 系統結構圖

4 結語

通過對密閉式循環冷卻系統的核算、結構布置，此系統可滿足測試流量在0.2～450 L/min，支路水阻最高在7 bar左右的被冷卻器件的需求。

實驗平臺數據上傳CPU，顯示清晰可見。接入口增加不同流量支路，解決以往人為因素讀數誤差，重復人為操作測試，可多支路同時自動測量，數據直接上傳系統，精度高，直觀，高效。

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