Page 104 - 《精细化工》2022年第1期

·94· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

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的总表观比热容。工况 1 的总表观比热容略高于工 离子水的对流换热系数约为 1.0~1.5 kW/(m ·K)，
况 2，而且两者均高于水。这是因为工况 1 的热量 PCD 平均对流换热能力约为去离子水的 2 倍。
输入较高，并且 PCD 两种实验工况下均有相变潜热
和显热，而水实验只有显热，综合考虑所有管段， 3 结论
PCD 的表观比热容相对于水提升了约 50%。
本文研究了不同配方和制造工艺等因素对 PCD
通过壁面热流密度、壁面和冷却介质的温差可
性能的影响，包括粒径、热性能、对流换热系数、
以计算对流换热系数，进一步可以得到努赛尔特数 带电稳定性，得到了适用于高电压环境下换流阀冷
（Nu） [22] 。图 13 是两种实验工况下对流换热系数
却系统用的最优 PCD 配方。主要结论如下：
和 Nu 与管路长度的关系。 （ 1 ） 相 变 材料的质 量比为 m(CT47) ∶

m(CT53)=1 ∶ 1 ，乳化剂质量比为 m(SAS100) ∶
m(BS2)=3∶1。当相变材料、乳化剂、成核剂和去
离子水的质量分数分别为 16%、1.6%、2.4%和 80%
–1
时，在剪切速率为 50 ks 的条件下持续 5 min，所
制备的 PCD 的综合性能最佳。
（2）本研究所制备的 PCD 相变温度区间是
47~50 ℃，其表观比热容与去离子水相比提升了约
50%，换热能力提升 2 倍左右，其关键性能参数均
能满足高压条件下换流阀冷却应用的要求。
本文相关研究成果还可用于大型计算中心、
5G/6G 通讯基站等的液体冷却系统中，促进数字化
国民经济的发展。

参考文献：
[1] ZHOU J H (周建辉), GAO C (高冲). HVDC transmission cooling
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社), 2019: 23-210.
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[3] LUAN F F (栾凤飞), YU S Z (余顺周), GUO J H (国建鸿), et al.

图 13 不同管段的 PCD 局部传热系数和努塞尔特数 Application of evaporative cooling technology in high power rectifier
devices[J]. Power System Technology (电网技术), 2009, 33(19):
Fig. 13 Local heat transfer coefficient and Nusselt of 137-142.
different pipe sections for PCD [4] ZHOU J H (周建辉), YANG H (杨涵), SUN L J (孙立军), et al.
Natural circulation boiling cooling system of high-power electronic
由图 13 可知，工况 1 中的局部传热系数沿着 device[J]. Southern Power System Technology (南方电网技术),
2018, 12 (11): 66-72.
管的长度（第 3 管段内）增大，这归因于 PCD 进一 [5] LI Y K (黎宇坤), MA S D (马素德), TANG G Y (唐国翌). Study on
步熔化（这与表观热容观察结果一致）；而在工况 2 physical properties and stability of a new phase change
microemulsion[J]. Functional Materials (功能材料), 2010, 41(10):
中的局部传热系数沿着管的长度整体减少，但从第 1813-1816.
1 管段到第 2 管段有所增大，这表明第 2 管段对流 [6] WANG F X, ZHANG C, LIU J, et al. Highly stable graphite
nanoparticle dispersed phase change emulsions with little supercooling
换热能力提高，为第 3 管段主熔化区提供了准备。
and high thermal conductivity for cold energy storage[J]. Applied
2
此外，工况 1 的最大传热系数约为 3 kW/(m ·K)，而 Energy, 2017, 188 (15): 97-106.
2
工况 2 的最大传热系数仅为 2.8 kW/(m ·K)。同时， [7] YOUSSEF Z, DELAHAYE A, HUANG L, et al. State of the art on
phase change material slurries[J]. Energy Conversion and Management,
工况 1 中的雷诺数（Re）比工况 2 中的 Re 高，这很 2013, 65(13): 120-132.
[8] MONICA D, ANA L, JAVIER M, et al. Review on phase change
可能有助于产生更大的局部传热系数。另外，局部
material dispersions and microencapsulated phase change material
努塞尔特数的趋势与局部传热系数相同，这进一步 slurries: Materials, heat transfer studies and applications[J]. Renewable
证实了工况 1 的雷诺数增大导致对流传热更强。这 and Sustainable Energy Reviews, 2012, 16(9): 253-273.
[9] ALVA G, LIN Y X, LIU L K, et al. Synthesis, characterization and
主要是因为工况 1 的输入热量更高，这会导致产生 applications of micro-encapsulated phase change materials in thermal
更大的比热流，因此 Nu 更大。根据文献[22]可以初 energy storage: A review[J]. Energy and Buildings, 2017, 144(12):
276-294.
步估算，在同样尺寸的圆直管内同等流动条件下去 （下转第 100 页）