用于井下电子设备的混合热管理系统

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来源 | Journal of Energy Storage



01

背景介绍

测井工具用于探测极端热环境下地下石油资源的分布。当测井仪在深度超过5 km的井中作业时,环境温度可能超过200℃。对于特定仪器,测井仪内部的井下电子设备的温度在工作期间需要限制在 100 °C 以下。如果没有热保护,由于高温环境和自生热量的双重影响,电子设备的温度将很快超过温度极限。因此,对普通电子设备实施有效的热管理以确保其安全稳定运行变得非常重要。

02

成果掠影

用于井下电子设备的混合热管理系统的图2

近期,华中科技大学能源与动力工程学院罗小兵教授团队提出了一种使用液体冷却和相变材料(PCM)用于井下电子设备的混合热管理系统,以延长工作时间。在该系统中,PCM和冷板内部分别布置螺旋管和S形管以加强热交换。为了研究该系统的性能,研究团队使用有限元方法进行瞬态流动和传热模拟。结果表明,归因于液体冷却的引入,混合热管理系统将电子设备的运行时间从 230 分钟增加到 450 分钟。电子器件和 PCM 之间的最大温差从 30 °C 降至 2 °C。此外,该研究还探讨了流量、螺旋管间距、加热功率和环境温度对温度控制性能的影响,为测井仪器的设计和优化提供了指导,对于缩短测井仪器的研发周期具有重要意义。相关研究成果以“A hybrid thermal management system combining liquid cooling and phase change material for downhole electronics”为题发表于《Journal of Energy Storage》。



03
图文导读


用于井下电子设备的混合热管理系统的图3

图1 关于井下电子学的HTMS的物理模型。

用于井下电子设备的混合热管理系统的图4

图2 所选LMPA的DSC测试曲线。

用于井下电子设备的混合热管理系统的图5

图3 网格独立验证和数值方法验证。(a)网格划分图;(b)不同网格数的温升曲线;(c)热源温度随时间的曲线。

用于井下电子设备的混合热管理系统的图6

图4 不同时刻不同传热模式的温度分布。

用于井下电子设备的混合热管理系统的图7

图5 温度曲线和热流分布。

用于井下电子设备的混合热管理系统的图8

图6 相变和蓄热过程。

用于井下电子设备的混合热管理系统的图9

图7 与以往研究结果的比较。

用于井下电子设备的混合热管理系统的图10

图8 (a)不同流速下电子器件随时间的温度变化;(b)不同流速下电子器件与PCM随时间的温差;(c)不同流量下随时间的相位变化体积分数;(d)不同流量下PCM随时间的蓄热量。

用于井下电子设备的混合热管理系统的图11

图9 (a)不同螺旋管间距下电子器件随时间的温度变化;(b)不同螺旋管间距下电子器件与PCM的温差;(c)不同螺旋管间距随时间的相变体积分数;(d)不同螺旋管间距下PCM的蓄热量。

用于井下电子设备的混合热管理系统的图12

图10 (a)不同加热功率下电子器件随时间的升温情况;(b)不同加热功率下电子器件与PCM随时间的温差。

用于井下电子设备的混合热管理系统的图13

图11 (a)不同环境温度下电子器件随时间的升温情况;(b)表示不同环境温度下电子器件与PCM随时间的温差。



END



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