干度感知与支路阻抗调控的两相液冷系统供液控制方法与流程

本发明涉及两相液冷散热控制，具体涉及干度感知与支路阻抗调控的两相液冷系统供液控制方法。

背景技术：

1、随着高功率密度电子设备的持续发展，两相液冷因能利用流体相变的潜热实现高效散热而成为关键冷却手段，但两相区内部汽液分布极不稳定，蒸发段局部干度随热流密度波动呈瞬态突变，极易导致液膜破裂引发干涸，从而使壁温以毫秒级急剧升高；同时，系统中各支路的流动阻抗会因汽液体积分数变化而呈强非线性，使得支路流量分配随机波动，轻则造成气塞反复形成、蒸发器入口液体显著不足，重则引发整机热失效。目前供液控制普遍依赖压力差或温度差进行开环调节，既无法准确获取干度，又无法对支路阻抗进行实时调控，导致两相液冷系统在负载突变或空间受限情况下难以保持稳定运行。因此，迫切需要一种能够实时感知干度并动态调控支路阻抗的供液控制方法，以确保两相液冷系统在复杂工况下仍能维持气液分布均匀与蒸发段安全。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种干度感知与支路阻抗调控的两相液冷系统供液控制方法，以解决背景技术中不足。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：干度感知与支路阻抗调控的两相液冷系统供液控制方法，包括：

3、s100：获取两相液冷系统蒸发段入口与出口之间的温度序列t，并基于所述温度序列t的变化率求取蒸发段的初始干度估计值x0；

4、s200：根据所述初始干度估计值x0以及蒸发段结构参数，构建两相区的干度演化关系模型sx，并基于模型获得干度演化系数s1；

5、s300：基于所述干度演化系数s1，对两相液冷系统中各支路的入口压力与质量流量进行联合分析，获得各支路对应的等效阻抗zi；

6、s400：依据所述等效阻抗zi，确定供液控制阀的目标开度vi，使得阻抗大的支路获得高供液优先级；并将所述目标开度vi输入所述干度演化关系模型sx，计算得到干度预测值x1；

7、s500：根据所述干度预测值x1与蒸发段壁面温差，计算干涸风险参数d；

8、s600：若所述干涸风险参数d超过预设阈值，则基于干度预测值x1以及等效阻抗zi，对支路阻抗模型sz进行修正，获得新的支路阻抗zi'，并返回步骤s400；否则进入步骤s700；

9、s700：基于干度预测值x1以及等效阻抗zi或zi'，对两相液冷系统的整体供液分配进行仿真，获得供液均衡性参数w；

10、s800：若所述供液均衡性参数w未达到稳定条件，则将w输入所述干度演化关系模型sx，以得到更新干度演化系数s2，并返回步骤s300；若达到稳定条件，则输出各支路的最终阀门开度以及系统稳态干度分布。

11、优选的，所述s100进一步包括：

12、在蒸发段入口与出口分别布设第一温度传感器与第二温度传感器，并以固定采样周期同步采集多组温度数据，形成按时间排序的温度序列t；

13、基于所述温度序列t计算任意相邻采样点之间的瞬时温度梯度，并通过设定的时间窗口进行滑动平均处理，获得蒸发段的稳定温度变化率参数r1；

14、将稳定温度变化率参数r1输入预设的干度敏感响应函数模型，并依据蒸发段的结构参数对模型进行修正，得到干度估算中间量x01；

15、基于所述干度估算中间量x01与蒸发段入口温度基准差值建立线性映射关系，获得蒸发段的初始干度估计值x0。

16、优选的，所述s200进一步包括：

17、获取蒸发段的结构参数，包括蒸发段长度、流道横截面积、流道湿周及蒸发段壁面粗糙度，并基于所述结构参数计算蒸发段的等效传热面积参数a1；

18、将初始干度估计值x0作为输入变量，结合所述等效传热面积参数a1构建两相区的干度演化关系模型sx，所述干度演化关系模型sx采用时间连续型微分形式建立干度变化速度dx/dt与蒸发段瞬时供液量、热流密度之间的函数关系；

19、对所述干度演化关系模型sx进行参数辨识，通过计算蒸发段入口温度变化率与模型预测干度之间的误差，利用最小二乘法求解干度演化参数集合p1；

20、将所述干度演化参数集合p1输入干度演化关系模型sx，对模型输出进行线性化处理，获得干度演化系数s1。

21、优选的，所述s300进一步包括：

22、在各支路的入口位置和出口位置采集入口压力数据与出口压力数据，通过计算入口压力与出口压力之间的压力差，得到用于反映两相流阻力分布特性的压力差参数δpi；

23、基于所述干度演化系数s1，对各支路实时测量的质量流量进行归一化处理；

24、在获得压力差参数δpi与归一化质量流量mi1后，依据干度演化系数s1构建两相流动修正因子k1；

25、将压力差参数δpi、归一化质量流量mi1以及两相流动修正因子k1输入阻抗计算模型，计算各支路对应的等效阻抗zi。

26、优选的，所述s400进一步包括：

27、将各支路对应的等效阻抗zi按数值大小进行排序，依据阻抗从大到小的顺序生成阻抗优先级序列p1；

28、根据阻抗优先级序列p1，将每一支路的等效阻抗zi输入预设的阀门开度映射函数，计算得到供液控制阀的目标开度vi；

29、将所述目标开度vi输入干度演化关系模型sx，利用阀门开度对瞬时供液量的影响更新模型中的供液量函数m(t)；

30、基于更新后的供液量函数m(t)与干度演化关系模型sx中的参数集合，计算得到干度预测值x1。

31、优选的，所述s500进一步包括：

32、通过布设在蒸发段壁面不同位置的多个壁面温度传感器获取壁面温度数据，并将壁面温度数据与蒸发段入口温度进行比较，形成能够反映蒸发段局部过热程度的壁面温差参数；

33、将干度预测值x1输入预设的干度敏感模型，通过模型输出能够表征干度变化对液膜稳定性影响强弱的干度响应因子；

34、依据壁面温差参数，利用温差与壁面受热状况之间的对应关系生成壁面热负荷因子；

35、将干度响应因子与壁面热负荷因子按照设定的权重进行合成，得到表征蒸发段干涸严重程度的干涸风险参数d。

36、优选的，所述s600进一步包括：

37、将干度预测值x1与初始干度估计值x0进行比较，获得用于表征蒸发段干度偏离程度的干度偏差量，通过干度偏差量确定支路阻抗模型sz的修正方向与修正幅度；

38、依据干度偏差量与等效阻抗zi的实时变化趋势，构建阻抗响应因子；

39、将阻抗响应因子与等效阻抗zi进行关联分析，依据阻抗与干度之间的耦合关系生成阻抗修正量；

40、将阻抗修正量输入支路阻抗模型sz，并对支路阻抗模型sz的参数进行更新，获得用于后续供液调节的更新阻抗zi'。

41、优选的，所述s700进一步包括：

42、将干度预测值x1与经前序步骤确定的等效阻抗zi或更新阻抗zi'进行整合输入，以建立用于描述各支路供液状态的供液仿真输入集合；

43、基于所述供液仿真输入集合，调用预设的两相流量分配求解模型，模型通过计算每一支路在给定阻抗条件下的可达质量流量，获得用于表征多支路流量分布趋势的流量分配结果；

44、根据所述流量分配结果，提取各支路的质量流量数据，依据多支路流量离散程度构建供液均衡性评价函数，获得用于反映多支路供液一致性程度的供液均衡性参数w。

45、优选的，所述s800进一步包括：

46、将供液均衡性参数w与预设稳定条件进行比较，当供液均衡性参数w高于稳定条件时，判定两相液冷的供液分配尚未达到流量平衡状态，需要继续对干度演化过程进行修正；

47、根据供液均衡性参数w与稳定条件之间的偏离程度，生成用于表征供液不均衡强弱的均衡性偏差量，使均衡性偏差量能够反映各支路流量离散对干度变化趋势的影响幅度；

48、将均衡性偏差量输入干度演化关系模型sx，通过调整干度演化关系模型sx中供液量相关项的权重；

49、基于偏差输入后的干度演化关系模型sx，对模型输出进行线性化处理，得到新的干度演化系数s2。

50、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

51、1、本发明通过构建由干度预测、阻抗识别、供液调节和风险判断组成的闭环调控链路，实现了两相液冷系统对瞬态热流扰动的实时响应能力。通过在蒸发段内部构建干度演化关系模型，使干度预测值能够准确反映气液分布的动态变化，从而为阻抗计算和供液调节提供可靠依据。通过引入阻抗响应因子、壁面热负荷因子及干涸风险参数，使系统能够识别潜在干涸风险并提前采取调控措施，有效避免因局部液膜破裂导致的壁面温度急剧上升，显著提升了蒸发段的热稳定性和运行安全性。本发明实现了对两相流中关键变量的可视化与可控化，提高了干度预测精度，使供液调节不再依赖固定阀门开度或经验策略，而是基于实际工况动态优化，大幅提升系统的可靠性。

52、2、本发明通过在控制流程中引入供液均衡性评价、阻抗模型自适应修正以及干度演化系数迭代更新，使两相液冷系统在高热流密度工况下仍能够维持多支路间气液分布的稳定均衡。供液均衡性参数w的引入，使系统能够持续监测多支路流量的离散程度，并基于偏差自动修正干度演化关系模型sx，使其始终与当前工况保持一致。通过非线性响应模型、参数标定方法以及动态调节策略的协同作用，本发明在强扰动、高波动工况下仍能够实现供液-干度-阻抗三者的闭环稳定控制，有效抑制流量倒灌、气塞形成、蒸发段干涸等典型两相液冷失效模式，提升整体散热能力与温度场均匀性。