[实用新型]一种基于电场强化换热的数据机房自然冷却系统

说明书

技术领域

本实用新型属于数据机房空调节能技术领域，具体涉及一种基于电场强化板式空气换热器的数据机房自然冷却系统。

背景技术

电场流体动力学EHD(Electrohydrodynamics)理论主要应用是将电场理论引入到传热领域进行强化传热，属于一种主动强化传热技术。电场强化传热技术基本原理是在流体中施加电场，利用电场、流场和速度场的相互作用和协同作用，达到强化传热的目的。在电场作用下，电极附近的气体分子发生电离，大量离子运动产生的电晕风对换热面附近的气体运动产生很大的扰动，从而大大地加强了流体与换热面之间的换热。在自然对流以及速度较低的强制对流中，电场强化传热效果十分显著。

Owsenek等研究表明，电场强化下的自然对流换热系数远远大于没有电场强化的自然对流换热系数。在实验条件下，以空气为介质，调整电极与换热面距离，限定电压等实验参数，电场强化传热效果十分明显，电场强化下的自然对流换热系数可达到没有电场强化时的25倍(Owsenek B.L.,Seyed-Yagoobi J.,Page R.H.Experimental Investigation of Corona Wind Heat Transfer Enhancement with a Heated Horizontal Flat Plate.ASME Journal of Heat Transfer,1995,117(5):309-315；Owsenek B.L.,Seyed-Yagoobi J.,Theoretical and Experimental Study of Electrohydrodynamic Heat Transfer Enhancement through Wire-plate Corona Discharge.ASME Journal of Heat Transfer,1997,119:604-610)。

对于强迫对流，研究表明，随着雷诺数的增加，电场强化作用则相应减小。研究表明在实验条件下，在雷诺数Re较小的强迫对流换热中，以空气为介质的实验条件下，对流换热系数可增强2～2.5倍。在雷诺数Re大于4000以上的强迫对流换热中，电场强化传热效果则不明显(Velkoff H.R.,Godfrey R.Low-velocity Heat Transfer to a Flat Plate in the Presence of Corona Discharge in Air.ASME Journal of Heat Tranfer,1979,101(2):157～163；Mizushima T.,Ueda H,etal.Effect of Electrically Induced Convection on Heat Transfer of Air Flow in an Annulus.J.Chen.Eng.Japan,1976,9:97-102)。

国内相关研究也指出，采用电场强化能显著地提高空气与换热面之间的换热效率(许洁.以空气为介质的电场强化换热理论与数值计算.东华大学硕士学位论文，2009；岳永刚等.气体放电对金属平板强化传热作用的研究.中国机电工程学报.vol.26,No.2,2006:91-95)。

电场强化传热虽然电极需要施加高电压，但是其电流极小，所消耗的电功率几乎可以忽略不计。所以，电场强化传热具有强化传热效果显著、功耗低、易于控制、成本低等优点。电场强化传热作为有效的节能技术，有十分广阔的应用。

保持数据机房中空气在允许的温度、湿度及洁净度范围内，是数据机房正常运行的必要条件。数据机房通常需要常年不间断运行，数据机房设备运行时发热量很大，所以，需要对数据机房空气进行常年不间断降温处理。数据机房采用传统的蒸汽压缩式制冷降温系统常年运行，其降温系统能耗巨大，空调能耗将占到整个数据机房能耗的一半左右。然而，室外空气全年温度变化范围大，在过渡季节及冬季室外空气温度较低时，可以作为数据机房的自然冷源加以利用，以减少压缩式制冷数据机房空气降温系统的运行时间，将大大减少数据机房降温系统的能量消耗。