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我国数据中心碳中和路径情景分析

制冷学报 2024年

作者：周峰王芮敏马国远晏祥慧北京工业大学制冷与低温工程系

数据中心低碳转型减排对实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。文章对全国数据中心总体情况进行对比分析，基于中国关键年份CO2排放和强度目标，引入能效提高率、非化石能源消费占比、负排放技术强度3个变量，采用情景分析法分析数据中... 详细信息

数据中心低碳转型减排对实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。文章对全国数据中心总体情况进行对比分析，基于中国关键年份CO2排放和强度目标，引入能效提高率、非化石能源消费占比、负排放技术强度3个变量，采用情景分析法分析数据中心CO2排放总量。研究结果表明：数据中心的耗电量逐渐增加，而碳排放量呈先增加后降低的趋势，数据中心的电能利用效率(PUE)呈逐渐下降的趋势，3种情景的碳达峰时间均为2030年，碳中和的时间分别为2059、2057、2055年。展望2060年碳中和目标，数据中心行业应进一步提高能效利用率、提高非化石能源占比、加强碳捕集与封存技术创新和提升碳汇水平。

关键词：数据中心碳中和情景分析减排路径

面向小型数据中心余热供暖的水源热泵系统负荷特性分析

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制冷学报 2024年

作者：周峰宋宇马国远晏祥慧北京工业大学制冷与低温工程系

随着数据中心绿色发展及日趋严格的电能使用效率限值，小型液冷装置已逐渐成为小型高密度数据中心散热的新选择，同时为余热利用提供了新的有利条件。本文在小型数据中心余热负荷范围内，对3种水源热泵系统在余热工况下的能效特性进行... 详细信息

随着数据中心绿色发展及日趋严格的电能使用效率限值，小型液冷装置已逐渐成为小型高密度数据中心散热的新选择，同时为余热利用提供了新的有利条件。本文在小型数据中心余热负荷范围内，对3种水源热泵系统在余热工况下的能效特性进行对比分析。结果表明：源侧提升、输配侧提升、用户侧提升水源热泵系统能效分别分布在5～7、5～6、4.5～6.5之间；当用户侧热负荷需求在0～1 750 kW和2 500～3 200 kW时源侧提升水源热泵系统能效最高，在1 750～2 500 kW时，源侧提升与输配侧提升水源热泵系统能效相近；最后得到用户侧热负荷需求与数据中心余热负荷间的耦合匹配关系QN=kQS,k的取值范围为1.196 2～1.364 2。

关键词：数据中心余热利用水源热泵能效耦合关系

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高热流液冷服务器相变工质的研究及应用进展

制冷学报 2024年

作者：周峰王芮敏马国远晏祥慧北京工业大学制冷与低温工程系

随着数据中心数量与规模的增加，高热流服务器占比逐渐增大，传统的风冷已不能满足散热及节能要求，具有较大汽化潜热和较高传热系数的相变液冷技术应运而生。针对相变液冷系统的研究主要涉及系统性能提升、系统对比以及系统的热管理，... 详细信息

随着数据中心数量与规模的增加，高热流服务器占比逐渐增大，传统的风冷已不能满足散热及节能要求，具有较大汽化潜热和较高传热系数的相变液冷技术应运而生。针对相变液冷系统的研究主要涉及系统性能提升、系统对比以及系统的热管理，而工质是其中实现热量转移、输送和传递的重要载体，对液冷实施效果至关重要。为此，本文对相变液冷工质的选择原则进行介绍，并根据直接和间接两种不同的接触方式，对目前6类有关相变工质（自然工质、HFCs、HFOs、PFCs、HFEs、混合工质)的研究及应用进展进行了梳理、总结、分析，同时对相变液冷工质的后续研究进行展望。

关键词：数据中心热流密度液冷相变工质

家用空气源热泵蓄热式热管散热器的自然对流传热特性

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制冷学报 2024年第3期45卷 97-103,119页

作者：孙尚瑜许树学曹瑞林荣维来勾倩倩马国远北京工业大学制冷与低温工程系北京100124 中国家用电器研究院北京100037

提出带蓄热材料的热管式自然对流散热末端新型式,在热管式末端的换热管上外加套管,管间填充蓄热材料。管内蒸气通过凝结换热,将热量传递给蓄热材料后再传递给外套管,外套管与室内空气进行自然对流传热和辐射传热,构造出新型家用空气源... 详细信息

提出带蓄热材料的热管式自然对流散热末端新型式,在热管式末端的换热管上外加套管,管间填充蓄热材料。管内蒸气通过凝结换热,将热量传递给蓄热材料后再传递给外套管,外套管与室内空气进行自然对流传热和辐射传热,构造出新型家用空气源热泵系统。建立了带固体蓄热材料的热管式散热末端的传热模型,研究热泵系统启停过程,蓄热材料种类、厚度对温度分布随时间变化的影响;分析热泵系统的制热量、压缩机功率等宏观性能系数的变化规律。结果表明:固体蓄热材料中镁砖效果较好;热泵运行时间和蓄热材料外表面温度受蓄热体厚度影响,且存在一个临界厚度;当选取12 mm厚的镁砖蓄热材料时,带蓄热末端的家用空气源热泵运行12 min,供热时间26 min,表面温度变化在35~50℃。

关键词：散热末端固体蓄热套管间歇运行

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数据中心冷却系统研究及应用进展

制冷与空调 2024年第2期24卷 63-71页

作者：周峰谷文龙马国远晏祥慧北京工业大学制冷与低温工程系

为加速实现数据中心节能降耗的目标,在合理、高效、最大化地利用自然冷源的同时,更不能忽视机械制冷系统本身能效的提升。加强自然冷却与机械制冷的协同,降低数据中心PUE,充分发挥安全稳定、高效运行的数据中心冷却系统自身能效至关重... 详细信息

为加速实现数据中心节能降耗的目标,在合理、高效、最大化地利用自然冷源的同时,更不能忽视机械制冷系统本身能效的提升。加强自然冷却与机械制冷的协同,降低数据中心PUE,充分发挥安全稳定、高效运行的数据中心冷却系统自身能效至关重要。本文通过对气流组织、供/回水温度和冷却系统部件及形式3个方面的研究梳理,总结分析数据中心冷却系统节能提效有关技术研究与应用进展,从而为绿色、高效数据中心冷却系统的研发提供参考和借鉴。

关键词：数据中心冷却系统气流组织供回水温度部件及形式

含固氧颗粒的液氢传输管路中静电积聚仿真研究

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 116-126页

作者：田雪皓刘柏文王磊马原厉彦忠雷刚陈强西安交通大学制冷与低温工程系西安710049 航天低温推进剂技术国家重点实验室北京100028

为探究含固态氧颗粒的液氢管道传输中静电积聚规律,基于COMSOL Multiphysics软件,开展了液氢-固氧体系荷电规律仿真预示。采用拉格朗日颗粒轨道法与计算流体动力学分别描述连续液氢流与离散固氧颗粒的运动,采用Materials Studio软件计... 详细信息

为探究含固态氧颗粒的液氢管道传输中静电积聚规律,基于COMSOL Multiphysics软件,开展了液氢-固氧体系荷电规律仿真预示。采用拉格朗日颗粒轨道法与计算流体动力学分别描述连续液氢流与离散固氧颗粒的运动,采用Materials Studio软件计算获得固氧电学性质,并通过电容器法描述固氧颗粒碰撞起电规律,实现固液两相流与静电场的耦合求解。仿真结果发现,当液氢流速为10 m·s^(-1),固氧颗粒粒径为1000μm时,固氧颗粒比电荷达10μC·kg^(-1),颗粒饱和电量约为84 pC,两相流电荷密度为2.84×10^(-4)C·m^(-3),较纯液氢流静电大8个量级。随着颗粒-壁面碰撞次数增多,颗粒荷电量趋于饱和。管流参数对荷电规律影响显著,颗粒比电荷随颗粒质量流量增加略有降低,随管长增加和管径减小而增大,随液氢流速增加呈现先减小后增大的趋势,即存在极小值。颗粒物性也会对荷电量产生影响,颗粒比电荷随粒径增大存在极小值和极大值,颗粒杨氏模量、电阻率、密度等也对荷电规律具有一定影响。研究工作可为液氢传输系统设计与安全防护提供理论支撑。

关键词：液氢固氧颗粒电荷演化静电积聚

液氧中水分与二氧化碳冰晶杂质特性可视化实验及分析

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哈尔滨工程大学学报 2024年第5期45卷 989-995页

作者：陈虹梁益涛高旭陈强孙庆国黄永华航天低温推进剂国家重点实验室北京100028 上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240

针对低温推进剂中高沸点杂质过冷结晶可能堵塞滤网影响输送的问题,本文设计并搭建了能够显微观察液氧中冰晶与二氧化碳杂质状态的实验系统。可视化研究了不同温度液氧中微量水、二氧化碳杂质的生成及性状变化特征。发现当水分、二氧化... 详细信息

针对低温推进剂中高沸点杂质过冷结晶可能堵塞滤网影响输送的问题,本文设计并搭建了能够显微观察液氧中冰晶与二氧化碳杂质状态的实验系统。可视化研究了不同温度液氧中微量水、二氧化碳杂质的生成及性状变化特征。发现当水分、二氧化碳共存于液氧时,部分水分率先形成细密冰晶,并与二氧化碳一同生成松散絮状结构;当该结构内的水冰晶达到饱和态后,其形状基本不再改变,而残余的水分逐渐形成游离态冰晶;絮状结构在90K降温到65 K的过程中发生崩解,杂质的平均尺寸减小了50%以上,有利于含杂质液氧通过滤网。研究所获得的微量杂质冰晶性状变化规律,可为实际应用中火箭充注管路滤网设计和流动阻力计算提供实验参考依据。

关键词：液氧水分二氧化碳杂质结晶可视化低温溶液

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甲苯催化氧化研究进展

工程科学学报 2024年第7期46卷 1286-1299页

作者：杨金苹江云朋楚培齐陶进雄王治伟戴洪兴刘雨溪邓积光北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

挥发性有机污染物(VOCs)作为空气污染物的主要成分之一,也是形成细颗粒物和臭氧的重要前体物. VOCs来源广泛,涉及石油化工、汽车制造、纺织等多个行业.甲苯作为一种典型的VOCs,对人体健康造成严重危害;同时,其具有稳定的芳环结构、不易... 详细信息

挥发性有机污染物(VOCs)作为空气污染物的主要成分之一,也是形成细颗粒物和臭氧的重要前体物. VOCs来源广泛,涉及石油化工、汽车制造、纺织等多个行业.甲苯作为一种典型的VOCs,对人体健康造成严重危害;同时,其具有稳定的芳环结构、不易降解,对其治理迫在眉睫.在众多处理技术中,催化氧化技术可以在低温下将其完全转化成二氧化碳和水,该技术的核心是开发出高活性、高稳定性、抗水抗硫性强的催化剂.因此,本文综述了近几年贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、尖晶石型复合氧化物催化剂、钙钛矿型复合氧化物催化剂和金属有机骨架基催化剂等催化氧化甲苯的研究进展,并对其反应机理和动力学进行了讨论,以期帮助开发用于将甲苯完全氧化或者选择性氧化的高效催化材料.

关键词：甲苯挥发性有机物催化剂催化氧化反应机理

面向功率器件封装的纳米铜烧结连接技术研究进展

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稀有金属材料与工程 2024年第1期53卷 296-320页

作者：马立民鲁子怡贾强王乙舒张宏强周炜邹贵生郭福北京工业大学材料与制造学部北京100124 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 清华大学机械工程系北京100084 北京联合大学机器人学院北京100101

随着第三代半导体SiC和GaN的快速发展,传统的Si基器件用封装材料已不能满足功率器件在高功率密度和高温环境下可靠服役的需求。纳米铜烧结连接技术不仅能够低温连接、高温服役,同时具有优异的导热、导电性能和相对于纳米银较低的成本,... 详细信息

随着第三代半导体SiC和GaN的快速发展,传统的Si基器件用封装材料已不能满足功率器件在高功率密度和高温环境下可靠服役的需求。纳米铜烧结连接技术不仅能够低温连接、高温服役,同时具有优异的导热、导电性能和相对于纳米银较低的成本,在功率器件封装研究领域备受关注,纳米铜焊膏成为最有潜力的耐高温封装互连材料之一。本文从纳米铜焊膏的制备、影响烧结连接接头性能的因素以及接头的可靠性3个方面综述了当前纳米铜烧结连接技术的研究进展,阐明了纳米铜颗粒的氧化行为及对应措施,并重点论述了纳米铜烧结连接接头的高温服役可靠性与失效机理,旨在促进低成本的纳米铜烧结连接技术在高性能、高可靠功率器件封装中的应用。

关键词：功率器件第三代半导体芯片封装纳米铜颗粒低温烧结连接可靠性