一种针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法

摘要

本申请属于冷板技术领域，特别涉及一种针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法。方法包括：步骤一：构造冷板传热结构辨识模型；步骤二：测量冷板的入口温度、出口温度以及设备表面温度；步骤三：进行辨识计算。本申请的针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法，通过测量流体温度及设备表面温度，在温度变化的初期快速获得冷板上的设备发热量，对评估设备运行状态、设备温度预测、设备能效评估及后续控制系统设计均有很大帮助。

权利要求

1.一种针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法，其特征在于，包括：构造冷板传热结构辨识模型，在所述构造冷板传热结构辨识模型中，利用集总参数法对冷板传热结构进行简化：假设设备的发热量全部被冷板吸收，使得冷板内部流体的温度从入口温度上升至出口温度；假设冷板内部流体的温度均匀分布；其中，所述冷板传热结构辨识模型包括：传热环节模型和滞后环节模型；

在所述传热环节模型中，冷板内部流体的蓄热量的变化率为单位时间内设备的传热量与单位时间内流体由于流动造成的热量变化的代数和：所述设备的传热量由传热过程方程计算获得：在所述滞后环节模型中，冷板内部流体的蓄热量的变化率为单位时间内流体由于流动造成的热量变化：

测量冷板的入口温度、出口温度以及设备表面温度；

进行辨识计算，在所述进行辨识计算中，采用无迹卡尔曼滤波算法进行辨识计算：状态向量x包括冷板内部流体的当量温度、冷板的平均温度、设备的平均温度，参数向量θ包括设备的热载荷，测量向量y包括冷板的入口温度、出口温度以及设备表面温度，通过将参数向量θ扩展到状态向量x中实现参数辨识；

其中，Td为设备温度，Rd为设备与冷板上表面间热阻，Q为设备的发热量，Tin为入口温度，Tout为出口温度，Teq为冷板内部流体的当量温度，Tm为滞后环节中平均温度。

2.根据权利要求1所述的针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法，其特征在于，还包括：重复测量冷板的入口温度、出口温度以及设备表面温度，进行辨识计算，获取多次辨识结果的平均值。

说明书

一种针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法

技术领域

[0001] 本申请属于冷板技术领域，特别涉及一种针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法。

背景技术

[0002] 冷板是一种单流体的热交换器，常用于电子设备的底座。它通过空气、水或其它冷剂在通道中的强迫对流，带走安装在其上的电子设备或元器件的耗散热。为提高冷板的散
热能力，冷板通道中常常装有各类高效翅片。冷板一般采用高导热系数材料制成，只要元器
件放置适当，就可使冷板表面接近等温，从而带走较大的集中热载荷；冷剂通过间壁吸收电
子元器件的耗散热，由于两者不直接接触，故可避免冷剂对电子元器件的污染；由于冷板采
用简介冷却方式，故可采用一些介电性能不好但是传热性能优良的冷剂，从而提高冷板冷
却效率；冷板通道的当量至今较小，通道可布置各种高效翅片，故冷板的表面传热系数高。

[0003] 通过对冷板热载荷的辨识，可以进行温度预测、控制系统设计等，然而现有技术中还缺少对该方面的研究。

[0004] 因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

[0005] 本申请的目的是提供了一种针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

[0006] 本申请的技术方案是：

[0007] 一种针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法，包括：

[0008] 构造冷板传热结构辨识模型；

[0009] 测量冷板的入口温度、出口温度以及设备表面温度；

[0010] 进行辨识计算。

[0011] 可选地，在所述构造冷板传热结构辨识模型中，利用集总参数法对冷板传热结构进行简化：

[0012] 假设设备的发热量全部被冷板吸收，使得冷板内部流体的温度从入口温度上升至出口温度；

[0013] 假设冷板内部流体的温度均匀分布。

[0014] 可选地，所述冷板传热结构辨识模型包括：传热环节模型和滞后环节模型。

[0015] 可选地，在所述传热环节模型中，冷板内部流体的蓄热量的变化率为单位时间内设备的传热量与单位时间内流体由于流动造成的热量变化的代数和。

[0016] 可选地，所述设备的传热量由传热过程方程计算获得。

[0017] 可选地，在所述滞后环节模型中，冷板内部流体的蓄热量的变化率为单位时间内流体由于流动造成的热量变化。

[0018] 可选地，在所述进行辨识计算中，采用无迹卡尔曼滤波算法进行辨识计算。

[0019] 可选地，在所述进行辨识计算中，状态向量包括冷板的平均温度、设备的平均温度，参数向量包括设备的热载荷，测量向量包括冷板的入口温度、出口温度以及设备表面温
度。

[0020] 可选地，在所述进行辨识计算中，通过将参数向量扩展到状态向量中实现参数辨识。

[0021] 可选地，还包括：重复测量冷板的入口温度、出口温度以及设备表面温度，进行辨识计算，获取多次辨识结果的平均值。

[0022] 发明至少存在以下有益技术效果：

[0023] 本申请的针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法，通过测量流体温度及设备表面温度，在温度变化的初期快速获得冷板上的设备发热量，对评估设备运行状态、设备温度预
测、设备能效评估及后续控制系统设计均有重大意义。

附图说明

[0024] 图1是本申请一个实施方式的冷板传热结构辨识模型；

[0025] 图2是本申请一个实施方式的忽略自然对流的冷板传热结构辨识模型。

具体实施方式

[0026] 为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类
似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请
一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用
于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下
面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

[0027] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所
示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装
置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护
范围的限制。

[0028] 下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

[0029] 本申请提供了一种针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法，方法包括：

[0030] 步骤一：构造冷板传热结构辨识模型；

[0031] 步骤二：测量冷板的入口温度、出口温度以及设备表面温度；

[0032] 步骤三：进行辨识计算。

[0033] 具体的，在步骤一中，构造冷板传热结构辨识模型时，利用集总参数法对冷板传热结构进行简化。简化的冷板传热结构辨识模型结构根据传热学原理推导，分为传热环节模
型和滞后环节模型两部分，如图1所示。

[0034] 在传热环节中，引入冷板内部流体的当量温度Teq为自变量，用其表示冷板内部流体的总蓄热量变化。

[0035] 在滞后环节中，设时间常数τcp＝Mcp/qm为工质流经该环节所需要的时间，用于描述由冷板及其附带管件的流动滞后。

[0036] 由于自然对流的对流换热系数通常在1～10之间，且设备表面积很小，在设备与舱内温度比较接近的情况下，设备与空气间自然对流换热造成的热流非常小，因此忽略这部
分传热量。利用集总参数法对冷板进行简化：设备温度为Td，设备与冷板上表面间热阻为Rd，
设备的发热量Q全部被冷板吸收，使得冷板内部流体的温度从入口温度Tin上升至出口温度
Tout；冷板内部流体的当量温度Teq，滞后环节中平均温度为Tm；冷板上下壁面很薄，可忽略其
内部流体的导热热阻，并假定其温度均匀分布，如图2所示。

[0037] 在传热环节模型中，根据能量守恒定律，以冷板内部流体为研究对象，冷板内部流体的蓄热量的变化率可以表示为单位时间内设备的传热量与单位时间内流体由于流动造
成的热量变化间的代数和，即：

[0038]

[0039] 在滞后环节模型中，冷板内部流体的蓄热量的变化率为单位时间内流体由于流动造成的热量变化，即：

[0040]

[0041] 其中，设备的传热量由传热过程方程计算获得：

[0042]

[0043] 在步骤三，进行辨识计算时，采用无迹卡尔曼滤波算法进行辨识计算，其中，状态向量包括冷板的平均温度、设备的平均温度，参数向量包括设备的热载荷，测量向量包括冷
板的入口温度、出口温度以及设备表面温度。在进行辨识计算中，通过将参数向量扩展到状
态向量中实现参数辨识。

[0044] 为了采用无迹卡尔曼滤波算法进行在线辨识，需要对现有的微分方程进行变换，使之符合算法的输入要求。具体来说，需要以状态向量x和测量向量y构造转移方程和测量
方程。转移方程即将原动态微分方程离散化，写成以离散时间表示的形式；测量方程则是相
当于模型的“传感器”，表示可测量的参数与状态向量之间的关系。假设噪声均为可加性噪
声，则有：

[0045]

[0046] 对于参数估计问题，需要将参数向量θ扩展到状态向量x中，因此上式可写成：

[0047]

[0048] 式中的状态向量可选为冷板的平均温度和设备的平均温度，参数向量为设备的热载荷，测量向量则为可测的物理量(冷板的入口温度、出口温度以及设备表面温度)，即：

[0049] x＝[Teq Tm Td]T

[0050] y＝[Tin Tout Tsur]T

[0051] θ＝[Q]

[0052] 本申请的针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法，还可以重复步骤二和步骤三，即重复测量冷板的入口温度、出口温度以及设备表面温度，进行辨识计算，获取多次辨识结果
的平均值。

[0053] 本申请的针对液冷冷板的热载荷快速辨识方法，通过测量流体温度及设备表面温度，在温度变化的初期快速获得冷板上的设备发热量，对评估设备运行状态、设备温度预
测、设备能效评估及后续控制系统设计均有很大帮助。

[0054] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应
涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为
准。