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            科研進展

            理化所在烏東德水電站勵磁機組的輻射冷卻熱管理新技術應用研究中取得重要進展

            稿件來源:低溫材料及應用超導研究中心 發布時間:2022-01-14

              輻射冷卻是近年來電力、電子領域快速發展起來的一種熱管理新技術,其原理是基于斯特藩-玻爾茲曼定律,通過高發射率紅外陶瓷涂層材料的強化輻射傳熱作用,無需任何能耗,即可實現高溫功率模塊的快速降溫,有望為高功率模塊的熱管理開辟一條新途徑。 

              中科院理化所低溫材料及應用超導中心李江濤研究員帶領的功能陶瓷團隊,立足于紅外陶瓷材料的長期研究積累,在輻射冷卻熱管理領域取得了一系列重要突破;團隊中的李永高級工程師在所長基金“基于紅外陶瓷的被動輻射冷卻新技術”項目支持下,自2021年至今先后在理論和工程應用方面取得了一系列重要進展:功能陶瓷團隊與理化所戴巍研究員的低溫團隊合作,通過傳熱模擬計算發現,在自然對流的條件下,當鋁基散熱器表面涂覆發射率接近黑體的紅外陶瓷涂層后,可將輻射傳熱在總散熱量中的占比提高至36%以上(圖1),揭示了輻射在“對流、傳導、輻射”三種熱管理途徑中可實現“三分天下有其一”的、不可忽視的重要作用,該研究成果發表于International Journal of Thermal Sciences (166,106971,2021 ),為高功率模塊的輻射冷卻熱管理奠定了基礎。 

              突破了紅外陶瓷粉體的燃燒合成制備技術、輻射冷卻涂料及涂層的的高效分散與界面調控關鍵技術,搭建了輻射、傳導以及對流多模式耦合的功率模塊冷卻效能熱工評價裝置;研制成功了新型輻射冷卻散熱器,可在“無能耗”和“不增加散熱器體積”的前提下,將新型散熱器的換熱功率大幅度提升20%以上。研發的新型輻射冷卻散熱器2021年在烏東德水電站的24臺勵磁機組系統上首次實現了示范應用(圖2),經用戶單位6個月的工程應用表明,該新型散熱器發揮了兩個不可替代的作用:一是因采用輻射散熱代替了對流散熱而去掉了風冷系統,成功地避免了浮塵堵塞風道、實現了無人值守運行,大大節約了定期巡檢和維護成本;二是通過強化輻射散熱、大幅度提升了勵磁系統的熱管理效能,保證了發電機組的穩定、可靠運行。 

              上述基于輻射冷卻熱管理技術所取得的創新成果,可為高功率模塊的熱管理提供普適性理論和技術支撐,并有望在我國新基建七大領域中量大面廣的熱管理應用中發揮重要作用。

                

            1 輻射傳熱在總散熱量中占比的理論模擬和試驗驗證 

             

            2 新型輻射冷卻散熱器在烏東德水電站勵磁系統的熱管理工程應用

             

            附件:
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