الأخبار التقنية｜بحث حول تقنية التبادل الحراري للمشعاع المبرد بالهواء لأجهزة إلكترونيات الطاقة

 خلاصة

بهدف تلبية متطلبات تبديد الحرارة لأجهزة الطاقة الإلكترونية، تمت دراسة تقنية التبادل الحراري للمشعات المبردة بالهواء لتبريدها بشكل متعمق.وفقًا للخصائص الهيكلية والمتطلبات الفنية للمبرد المبرد بالهواء لتبريد جهاز الطاقة، يتم إجراء اختبارات الأداء الحراري للمبرد المبرد بالهواء بهياكل مختلفة، ويتم استخدام برنامج حساب المحاكاة للتحقق الإضافي.أخيرًا، في ظل نفس نتائج اختبار ارتفاع درجة الحرارة، تمت مقارنة خصائص المشعاعات المبردة بالهواء ذات الهياكل المختلفة من حيث فقدان الضغط، وتبديد الحرارة لكل وحدة حجم، وتوحيد درجة الحرارة لأسطح تركيب أجهزة الطاقة.توفر نتائج البحث مرجعًا لتصميم مشعات هيكلية مماثلة يتم تبريدها بالهواء.

الكلمات الدالة:المشعاع؛تبريد الهواء؛الأداء الحراري؛كثافة التدفق الحراري 

0 مقدمة

مع التطور العلمي لعلوم وتكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، أصبح تطبيق أجهزة الطاقة لإلكترونيات الطاقة أكثر اتساعًا.ما يحدد عمر الخدمة وأداء الأجهزة الإلكترونية هو أداء الجهاز نفسه، ودرجة حرارة تشغيل الجهاز الإلكتروني، أي قدرة نقل الحرارة للمبرد المستخدم لتبديد الحرارة من الجهاز الإلكتروني.في الوقت الحاضر، في المعدات الإلكترونية للطاقة ذات كثافة تدفق حراري أقل من 4 واط / سم 2، يتم استخدام معظم أنظمة التبريد المبردة بالهواء.تقليل الحرارة.

تشانغ ليانغجوان وآخرون.استخدمت FloTHERM لإجراء محاكاة حرارية للوحدات المبردة بالهواء، وتحققت من موثوقية نتائج المحاكاة من خلال نتائج الاختبار التجريبي، واختبرت أداء تبديد الحرارة لمختلف الألواح الباردة في نفس الوقت.

اختار يانغ جينغشان ثلاثة مشعات نموذجية يتم تبريدها بالهواء (أي، مشعات ذات زعانف مستقيمة، ومشعات ذات قنوات مستطيلة مملوءة برغوة معدنية، ومشعات ذات زعانف شعاعية) كأشياء بحثية، واستخدم برنامج CFD لتعزيز قدرة نقل الحرارة للمشعات.وتحسين الأداء الشامل للتدفق ونقل الحرارة.

استخدم وانغ تشانغتشانغ وآخرون برنامج محاكاة تبديد الحرارة FLoTHERM لمحاكاة وحساب أداء تبديد الحرارة للمبرد المبرد بالهواء، بالإضافة إلى البيانات التجريبية للتحليل المقارن، ودرسوا تأثير المعلمات مثل سرعة رياح التبريد، وكثافة الأسنان وكثافة الأسنان. الارتفاع على أداء تبديد الحرارة للمبرد بالهواء.

شاو تشيانغ وآخرون.تحليل موجز لحجم الهواء المرجعي المطلوب لتبريد الهواء القسري من خلال أخذ المبرد ذي الزعانف المستطيلة كمثال؛واستنادًا إلى الشكل الهيكلي للرادياتير ومبادئ ميكانيكا الموائع، تم اشتقاق صيغة تقدير مقاومة الرياح لقناة هواء التبريد؛جنبا إلى جنب مع تحليل موجز للمنحنى المميز PQ للمروحة، يمكن الحصول بسرعة على نقطة العمل الفعلية وحجم هواء التهوية للمروحة.

اختار Pan Shujie المبرد المبرد بالهواء للبحث، وشرح بإيجاز خطوات حساب تبديد الحرارة، واختيار المبرد، وحساب تبديد الحرارة المبرد بالهواء واختيار المروحة في تصميم تبديد الحرارة، وأكمل تصميم المبرد البسيط المبرد بالهواء.باستخدام برنامج المحاكاة الحرارية ICEPAK، ليو وي وآخرون.أجرى تحليلًا مقارنًا لطريقتين لتصميم تخفيض الوزن للمشعات (زيادة تباعد الزعانف وتقليل ارتفاع الزعنفة).يقدم هذا البحث الهيكل وأداء تبديد الحرارة للملف الجانبي، وأسنان الأشياء بأسمائها الحقيقية، والمشعات المبردة بالهواء ذات الزعانف على التوالي.

1 هيكل المبرد تبريد الهواء

1.1 مشعات تبريد الهواء شائعة الاستخدام

يتم تشكيل المبرد المبرد بالهواء المشترك عن طريق معالجة المعادن، ويتدفق هواء التبريد عبر المبرد لتبديد حرارة الجهاز الإلكتروني إلى البيئة الجوية.من بين المواد المعدنية الشائعة، تتمتع الفضة بأعلى موصلية حرارية تبلغ 420 واط/م*كلفن، ولكنها باهظة الثمن؛

تبلغ الموصلية الحرارية للنحاس 383 واط / م·ك، وهي قريبة نسبيًا من مستوى الفضة، لكن تكنولوجيا المعالجة معقدة، والتكلفة مرتفعة والوزن ثقيل نسبيًا؛

الموصلية الحرارية لسبائك الألومنيوم 6063 هي 201 واط/م·ك. إنها رخيصة الثمن، ولها خصائص معالجة جيدة، ومعالجة سطحية سهلة، وأداء عالي التكلفة.

لذلك، فإن مادة المشعاعات المبردة بالهواء السائدة حاليًا تستخدم بشكل عام سبائك الألومنيوم هذه.يوضح الشكل 1 اثنين من المشتتات الحرارية الشائعة المبردة بالهواء.تشمل طرق معالجة المبرد المبرد بالهواء بشكل شائع ما يلي:

(1) سحب وتشكيل سبائك الألومنيوم، يمكن أن تصل مساحة نقل الحرارة لكل وحدة حجم إلى حوالي 300 متر مربع²/m³، وطرق التبريد هي التبريد الطبيعي والتبريد بالتهوية القسرية؛

(2) يتم ترصيع المشتت الحراري والركيزة معًا، ويمكن توصيل المشتت الحراري والركيزة عن طريق التثبيت، وربط راتنجات الإيبوكسي، واللحام بالنحاس، واللحام وغيرها من العمليات.وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون مادة الركيزة أيضًا من سبائك النحاس.يمكن أن تصل مساحة نقل الحرارة لكل وحدة حجم إلى حوالي 500 م2/م3، وطرق التبريد هي التبريد الطبيعي والتبريد بالتهوية القسرية؛

(3) تشكيل سن المجرفة، يمكن لهذا النوع من المبرد القضاء على المقاومة الحرارية بين المشتت الحراري والركيزة، ويمكن أن تكون المسافة بين المشتت الحراري أقل من 1.0 مم، ويمكن أن تصل مساحة نقل الحرارة لكل وحدة حجم إلى حوالي 2500 م²/m³.تظهر طريقة المعالجة في الشكل 2، وطريقة التبريد هي تبريد الهواء القسري.

الشكل 1. المشتت الحراري المبرد بالهواء شائع الاستخدام

الشكل. 2. طريقة معالجة المبرد المبرد بالهواء ذو ​​الأسنان المجرفة

1.2 مبرد الهواء ذو ​​الزعانف اللوحية

المبرد بالهواء ذو ​​الزعانف اللوحية هو نوع من المبرد بالهواء المعالج عن طريق لحام أجزاء متعددة.إنها تتكون بشكل رئيسي من ثلاثة أجزاء مثل المشتت الحراري، لوحة الضلع ولوحة القاعدة.يظهر هيكلها في الشكل 3. يمكن أن تستخدم زعانف التبريد زعانف مسطحة وزعانف مموجة وزعانف متداخلة وهياكل أخرى.مع الأخذ في الاعتبار عملية لحام الأضلاع، فقد تم اختيار مواد الألومنيوم من سلسلة 3 للأضلاع، والمشتتات الحرارية والقواعد لضمان قابلية اللحام للمبرد ذو الزعانف اللوحية المبردة بالهواء.يمكن أن تصل مساحة نقل الحرارة لكل وحدة حجم للمبرد ذو الزعانف المبردة بالهواء إلى حوالي 650 م2/م3، وطرق التبريد هي التبريد الطبيعي والتبريد بالتهوية القسرية.

الشكل: 3. المبرد ذو الزعانف المبردة بالهواء

2 الأداء الحراري لمختلف المشعات المبردة بالهواء

2.1عادة مشعات تبريد الهواء المستخدمة

2.1.1 تبديد الحرارة الطبيعي

تقوم مشعات تبريد الهواء الشائعة الاستخدام بشكل أساسي بتبريد الأجهزة الإلكترونية عن طريق التبريد الطبيعي، ويعتمد أداء تبديد الحرارة بشكل أساسي على سمك زعانف تبديد الحرارة، ودرجة ميل الزعانف، وارتفاع الزعانف، وطول زعانف تبديد الحرارة. على طول اتجاه تدفق الهواء البارد.بالنسبة لتبديد الحرارة بشكل طبيعي، كلما كانت مساحة تبديد الحرارة الفعالة أكبر، كلما كان ذلك أفضل.الطريقة الأكثر مباشرة هي تقليل تباعد الزعانف وزيادة عدد الزعانف، ولكن الفجوة بين الزعانف صغيرة بما يكفي للتأثير على الطبقة الحدودية للحمل الحراري الطبيعي.بمجرد أن تتقارب الطبقات الحدودية لجدران الزعانف المجاورة، ستنخفض سرعة الهواء بين الزعانف بشكل حاد، كما سينخفض ​​تأثير تبديد الحرارة بشكل حاد.من خلال حساب المحاكاة والكشف الاختباري للأداء الحراري للمبرد بالهواء، عندما يكون طول زعنفة تبديد الحرارة 100 مم وكثافة التدفق الحراري 0.1 وات/سم²، يظهر تأثير تبديد الحرارة لتباعد الزعانف المختلفة في الشكل 4. أفضل مسافة للفيلم هي حوالي 8.0 مم.إذا زاد طول زعانف التبريد، فإن التباعد الأمثل للزعانف سيصبح أكبر.

الشكل 4.العلاقة بين درجة حرارة الركيزة وتباعد الزعانف
  

2.1.2 التبريد بالحمل القسري

المعلمات الهيكلية للمبرد المموج المبرد بالهواء هي ارتفاع الزعنفة 98 مم، وطول الزعنفة 400 مم، وسمك الزعنفة 4 مم، وتباعد الزعانف 4 مم، وسرعة هواء التبريد المباشرة 8 م / ث.مشعاع مموج يتم تبريده بالهواء بكثافة تدفق حراري تبلغ 2.38 وات/سم²خضع لاختبار ارتفاع درجة الحرارة.أظهرت نتائج الاختبار أن ارتفاع درجة حرارة الرادياتير يبلغ 45 كلفن، وفقدان ضغط هواء التبريد 110 باسكال، وتبديد الحرارة لكل وحدة حجم 245 كيلووات/م³.بالإضافة إلى ذلك، فإن تجانس سطح تركيب مكون الطاقة ضعيف، وفرق درجة الحرارة يصل إلى حوالي 10 درجة مئوية.في الوقت الحاضر، لحل هذه المشكلة، عادة ما يتم دفن أنابيب الحرارة النحاسية على سطح تركيب المبرد المبرد بالهواء، بحيث يمكن تحسين توحيد درجة الحرارة لسطح تركيب مكون الطاقة بشكل كبير في اتجاه وضع أنبوب الحرارة، و التأثير غير واضح في الاتجاه العمودي.إذا تم استخدام تقنية غرفة البخار في الركيزة، فيمكن التحكم في توحيد درجة الحرارة الإجمالية لسطح تركيب مكون الطاقة في حدود 3 درجات مئوية، ويمكن أيضًا تقليل ارتفاع درجة حرارة المشتت الحراري إلى حد معين.يمكن تقليل قطعة الاختبار هذه بحوالي 3 درجات مئوية.

باستخدام برنامج حساب المحاكاة الحرارية، في ظل نفس الظروف الخارجية، يتم إجراء حساب محاكاة الأسنان المستقيمة وزعانف التبريد المموجة، وتظهر النتائج في الشكل 5. درجة حرارة سطح التركيب لجهاز الطاقة مع تبريد الأسنان المستقيمة درجة حرارة الزعانف 153.5 درجة مئوية، ودرجة حرارة زعانف التبريد المموجة 133.5 درجة مئوية.لذلك، فإن قدرة التبريد للمبرد المموج الذي يتم تبريده بالهواء أفضل من قدرة المبرد ذو الأسنان المستقيمة المبردة بالهواء، ولكن توحيد درجة حرارة أجسام الزعانف في الاثنين ضعيف نسبيًا، مما له تأثير أكبر على أداء التبريد من المبرد.

الشكل 5.مجال درجة حرارة الزعانف المستقيمة والمموجة

2.2 مشعاع مبرد بالهواء

المعلمات الهيكلية للمبرد الهوائي المبرد بالهواء هي كما يلي: ارتفاع جزء التهوية 100 مم، طول الزعانف 240 مم، المسافة بين الزعانف 4 مم، سرعة التدفق الأمامي هواء التبريد 8 م/ث، وكثافة التدفق الحراري 4.81 وات/سم².ارتفاع درجة الحرارة 45 درجة مئوية، وفقدان ضغط هواء التبريد 460 باسكال، وتبديد الحرارة لكل وحدة حجم 374 كيلو واط / م³.بالمقارنة مع المبرد المموج المبرد بالهواء، فإن قدرة تبديد الحرارة لكل وحدة حجم تزيد بنسبة 52.7%، ولكن فقدان ضغط الهواء يكون أيضًا أكبر.

2.3 المبرد المبرد بالهواء ذو ​​الأسنان المجرفة

من أجل فهم الأداء الحراري للمبرد ذو الأسنان المجرفة المصنوعة من الألومنيوم، يبلغ ارتفاع الزعنفة 15 مم، وطول الزعنفة 150 مم، وسمك الزعنفة 1 مم، وتباعد الزعنفة 1 مم، وهواء التبريد وجهاً لوجه. السرعة 5.4 م/ث.مشعاع مبرد بالهواء ذو ​​أسنان مجرفة بكثافة تدفق حراري تبلغ 2.7 وات / سم²خضع لاختبار ارتفاع درجة الحرارة.أظهرت نتائج الاختبار أن درجة حرارة سطح تركيب عنصر طاقة الرادياتير هي 74.2 درجة مئوية، وارتفاع درجة حرارة الرادياتير 44.8 كلفن، وفقدان ضغط هواء التبريد 460 باسكال، وتبديد الحرارة لكل وحدة حجم يصل إلى 4570 كيلووات/م³.

3 - الخلاصة

من خلال نتائج الاختبار المذكورة أعلاه، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية.

(1) يتم فرز قدرة التبريد للمشعاع المبرد بالهواء حسب الارتفاع والمنخفض: المبرد المبرد بالهواء ذو ​​الأسنان المجرفة، والمشعاع المبرد بالهواء ذو ​​الزعانف اللوحية، والمبرد المموج المبرد بالهواء، والمبرد ذو الأسنان المستقيمة المبرد بالهواء.

(2) الفرق في درجة الحرارة بين الزعانف الموجودة في المبرد المبرد بالهواء المموج والمبرد المبرد بالهواء ذي الأسنان المستقيمة كبير نسبيًا، مما له تأثير كبير على قدرة تبريد المبرد.

(3) يتمتع المبرد الطبيعي المبرد بالهواء بأفضل مسافة للزعانف، والتي يمكن الحصول عليها عن طريق التجربة أو الحساب النظري.

(4) نظرًا لقدرة التبريد القوية للمبرد بالهواء ذو ​​الأسنان المجرفة، يمكن استخدامه في المعدات الإلكترونية ذات كثافة تدفق الحرارة المحلية العالية.

المصدر: تكنولوجيا الهندسة الميكانيكية والكهربائية المجلد 50 العدد 06

المؤلفون: Sun Yuanbang، Li Feng، Wei Zhiyu، Kong Lijun، Wang Bo، CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.

تنصل

المحتوى أعلاه يأتي من المعلومات العامة على الإنترنت ويستخدم فقط للتواصل والتعلم في الصناعة.المقال هو رأي المؤلف المستقل ولا يمثل موقف DONGXU HYDRAULICS.إذا كانت هناك مشاكل في محتوى العمل أو حقوق الطبع والنشر وما إلى ذلك، فيرجى الاتصال بنا في غضون 30 يومًا من نشر هذه المقالة، وسنقوم بحذف المحتوى ذي الصلة على الفور.

شركة فوشان نانهاي دونجكسو للآلات الهيدروليكية المحدودةلديها ثلاث شركات تابعة:شركة جيانغسو هيليك لتكنولوجيا السوائل المحدودة, شركة قوانغدونغ كايدون لنقل السوائل المحدودة، وشركة قوانغدونغ بوكادي لمواد الرادياتير المحدودة
الشركة القابضة لشركة فوشان نانهاي دونجكسو للآلات الهيدروليكية المحدودة: مصنع الأجزاء الهيدروليكية رقم 3 في نينغبو فنغهوا، إلخ.

شركة فوشان نانهاي دونجكسو للآلات الهيدروليكية المحدودة 

&شركة جيانغسو هيليك لتكنولوجيا السوائل المحدودة

MAIL:  Jaemo@fsdxyy.com

الويب: www.dxhydraulics.com

واتس اب / سكايب / هاتف / ويتشات: +86 139-2992-3909

إضافة: مبنى المصنع 5، ​​المنطقة C3، قاعدة صناعة Xingguangyuan، طريق Yanjiang الجنوبي، شارع Luocun، منطقة Nanhai، مدينة Foshan، مقاطعة Guangdong، الصين 528226

& رقم 7 طريق Xingye، منطقة التركيز الصناعي Zhuxi، مدينة Zhoutie، مدينة Yixing، مقاطعة Jiangsu، الصين