абстрактно
Насочени към изискванията за разсейване на топлината на силовите електронни силови устройства, технологията за топлообмен на радиатори с въздушно охлаждане за тяхното охлаждане е проучена в дълбочина.Съгласно структурните характеристики и техническите изисквания на радиатора с въздушно охлаждане за охлаждане на захранващо устройство се провеждат тестове за топлинна ефективност на радиатора с въздушно охлаждане с различни структури и софтуерът за изчисление на симулацията се използва за спомагателна проверка.Накрая, при едни и същи резултати от теста за повишаване на температурата, бяха сравнени характеристиките на радиатори с въздушно охлаждане с различни структури по отношение на загуба на налягане, разсейване на топлината на единица обем и еднородност на температурата на повърхностите за монтиране на захранващо устройство.Резултатите от изследването предоставят референция за проектиране на подобни структурни радиатори с въздушно охлаждане.
Ключови думи:радиатор;въздушно охлаждане;термични характеристики;плътност на топлинния поток
0 Предговор
С научното развитие на науката и технологиите за силова електроника, приложението на силовите устройства за силова електроника е по-обширно.Това, което определя експлоатационния живот и производителността на електронните устройства, е производителността на самото устройство и работната температура на електронното устройство, тоест капацитетът на топлопредаване на радиатора, използван за разсейване на топлината от електронното устройство.Понастоящем в силовото електронно оборудване с плътност на топлинния поток под 4 W/cm2 се използват повечето охладителни системи с въздушно охлаждане.система за охлаждане.
Zhang Liangjuan и др.използва FloTHERM за провеждане на термична симулация на модули с въздушно охлаждане и провери надеждността на резултатите от симулацията с резултати от експериментални тестове и тества характеристиките на разсейване на топлината на различни студени плочи едновременно.
Yang Jingshan избра три типични радиатора с въздушно охлаждане (т.е. радиатори с прави перки, радиатори с правоъгълни канали, пълни с метална пяна и радиатори с радиални перки) като изследователски обекти и използва CFD софтуер за подобряване на капацитета за пренос на топлина на радиаторите.И оптимизирайте цялостната производителност на потока и преноса на топлина.
Wang Changchang и други използваха софтуера за симулация на разсейване на топлината FLoTHERM, за да симулират и изчислят характеристиките на разсейване на топлината на радиатора с въздушно охлаждане, комбинирани с експерименталните данни за сравнителен анализ, и проучиха влиянието на параметри като скорост на охлаждащия вятър, плътност на зъбите и височина върху ефективността на разсейване на топлината на радиатора с въздушно охлаждане.
Shao Qiang и др.анализира накратко референтния въздушен обем, необходим за принудително въздушно охлаждане, като взе за пример радиатор с правоъгълни ребра;въз основа на структурната форма на радиатора и принципите на механиката на флуидите е изведена формулата за оценка на съпротивлението на вятъра на канала за охлаждащ въздух;комбиниран с кратък анализ на PQ характеристичната крива на вентилатора, действителната работна точка и обемът на вентилационния въздух на вентилатора могат бързо да бъдат получени.
Pan Shujie избра радиатора с въздушно охлаждане за изследване и накратко обясни стъпките за изчисляване на разсейването на топлината, избора на радиатор, изчисляването на разсейването на топлината с въздушно охлаждане и избора на вентилатор в дизайна на разсейването на топлината и завърши простия дизайн на радиатора с въздушно охлаждане.Използвайки софтуер за термична симулация ICEPAK, Liu Wei et al.проведе сравнителен анализ на два метода за проектиране на радиатори за намаляване на теглото (увеличаване на разстоянието между ребрата и намаляване на височината на ребрата).Този документ въвежда структурата и характеристиките на разсейване на топлината съответно на радиатори с въздушно охлаждане с профил, лопатообразен зъб и пластинчати перки.
1 Структура на радиатора с въздушно охлаждане
1.1 Често използвани радиатори с въздушно охлаждане
Общият радиатор с въздушно охлаждане се формира чрез обработка на метал и охлаждащият въздух протича през радиатора, за да разсее топлината на електронното устройство в атмосферната среда.Сред обикновените метални материали среброто има най-висока топлопроводимост от 420 W/m*K, но е скъпо;
Топлопроводимостта на медта е 383 W/m · K, което е относително близко до нивото на среброто, но технологията на обработка е сложна, цената е висока и теглото е сравнително голямо;
Топлинната проводимост на алуминиевата сплав 6063 е 201 W/m · K. Тя е евтина, има добри характеристики на обработка, лесна повърхностна обработка и висока цена.
Следователно, материалът на настоящите масови радиатори с въздушно охлаждане обикновено използва тази алуминиева сплав.Фигура 1 показва два общи радиатора с въздушно охлаждане.Често използваните методи за обработка на радиатори с въздушно охлаждане включват основно следното:
(1) Изтегляне и формоване на алуминиева сплав, топлообменната площ на единица обем може да достигне около 300 m2/m3, а методите на охлаждане са естествено охлаждане и охлаждане с принудителна вентилация;
(2) Радиаторът и субстратът са инкрустирани заедно и радиаторът и субстратът могат да бъдат свързани чрез занитване, свързване с епоксидна смола, заваряване с твърд припой, запояване и други процеси.В допълнение, материалът на субстрата може да бъде и медна сплав.Топлообменната площ на единица обем може да достигне около 500 m2/m3, а методите на охлаждане са естествено охлаждане и охлаждане с принудителна вентилация;
(3) Оформяне на зъб на лопата, този вид радиатор може да елиминира термичното съпротивление между радиатора и субстрата, разстоянието между радиатора може да бъде по-малко от 1,0 mm, а площта за пренос на топлина на единица обем може да достигне около 2 500 м2/m3.Методът на обработка е показан на фигура 2, а методът на охлаждане е принудително въздушно охлаждане.
Фиг. 1. Често използван радиатор с въздушно охлаждане
Фиг. 2. Метод на обработка на радиатор с въздушно охлаждане с лопата
1.2 Пластинчат радиатор с въздушно охлаждане
Пластинчатият радиатор с въздушно охлаждане е вид радиатор с въздушно охлаждане, обработен чрез спояване на множество части.Състои се главно от три части като радиатор, ребро и основна плоча.Структурата му е показана на фигура 3. Охлаждащите ребра могат да приемат плоски ребра, гофрирани ребра, шахматно разположени ребра и други структури.Като се има предвид процеса на заваряване на ребрата, 3 серии алуминиеви материали са избрани за ребрата, радиаторите и основите, за да се гарантира заваряемостта на пластинчатия радиатор с въздушно охлаждане.Площта на топлообмен на единица обем на радиатора с въздушно охлаждане с пластинчати ребра може да достигне около 650 m2/m3, а методите на охлаждане са естествено охлаждане и охлаждане с принудителна вентилация.
Фиг. 3. Пластинчат радиатор с въздушно охлаждане
2 Топлинни характеристики на различни радиатори с въздушно охлаждане v
2.1Често срещано използвани профилни радиатори с въздушно охлаждане
2.1.1 Естествено разсейване на топлината
Често използваните радиатори с въздушно охлаждане основно охлаждат електронни устройства чрез естествено охлаждане и тяхната ефективност на разсейване на топлината зависи главно от дебелината на ребрата за разсейване на топлината, стъпката на ребрата, височината на ребрата и дължината на ребрата за разсейване на топлината по посока на потока охлаждащ въздух.За естествено разсейване на топлината, колкото по-голяма е ефективната площ на разсейване на топлината, толкова по-добре.Най-прекият начин е да се намали разстоянието между ребрата и да се увеличи броят на ребрата, но разстоянието между ребрата е достатъчно малко, за да повлияе на граничния слой на естествената конвекция.След като граничните слоеве на съседните стени на ребрата се сближат, скоростта на въздуха между ребрата ще спадне рязко и ефектът на разсейване на топлината също ще спадне рязко.Чрез симулационно изчисление и тестово откриване на топлинната производителност на радиатора с въздушно охлаждане, когато дължината на ребрата за разсейване на топлината е 100 mm и плътността на топлинния поток е 0,1 W/cm2, ефектът на разсейване на топлината от различното разстояние на ребрата е показан на Фигура 4. Най-доброто разстояние на филма е около 8,0 mm.Ако дължината на охлаждащите перки се увеличи, оптималното разстояние между перките ще стане по-голямо.
Фиг.4.Връзка между температурата на субстрата и разстоянието между перките
2.1.2 Охлаждане с принудителна конвекция
Конструктивните параметри на гофрирания радиатор с въздушно охлаждане са височина на ребрата 98 мм, дължина на ребрата 400 мм, дебелина на ребрата 4 мм, разстояние между ребрата 4 мм и челна скорост на охлаждащия въздух 8 m/s.Гофриран радиатор с въздушно охлаждане с плътност на топлинния поток 2,38 W/cm2беше подложен на тест за повишаване на температурата.Резултатите от теста показват, че повишаването на температурата на радиатора е 45 K, загубата на налягане на охлаждащия въздух е 110 Pa, а разсейването на топлината на единица обем е 245 kW/m3.В допълнение, еднаквостта на монтажната повърхност на захранващия компонент е лоша и температурната разлика достига около 10 °C.Понастоящем, за да се реши този проблем, медните топлинни тръби обикновено се вкопават в монтажната повърхност на радиатора с въздушно охлаждане, така че еднородността на температурата на монтажната повърхност на силовия компонент може да бъде значително подобрена в посоката на полагане на топлинната тръба и ефектът не е очевиден във вертикална посока.Ако в основата се използва технология с парни камери, общата еднородност на температурата на монтажната повърхност на силовия компонент може да се контролира в рамките на 3 °C и повишаването на температурата на радиатора също може да бъде намалено до известна степен.Тази проба може да бъде намалена с около 3 °C.
С помощта на софтуер за изчисляване на термична симулация, при същите външни условия, се извършва симулационното изчисляване на прави зъбни и гофрирани охлаждащи ребра и резултатите са показани на Фигура 5. Температурата на монтажната повърхност на захранващото устройство с охлаждане с прави зъбци ребра е 153,5 °C, а тази на гофрираните охлаждащи ребра е 133,5 °C.Следователно охлаждащият капацитет на гофрирания радиатор с въздушно охлаждане е по-добър от този на радиатора с въздушно охлаждане с прави зъбци, но еднородността на температурата на телата на перките на двата е относително лоша, което оказва по-голямо влияние върху ефективността на охлаждане на радиатора.
Фиг.5.Температурно поле на прави и гофрирани ребра
2.2 Пластинчат радиатор с въздушно охлаждане
Конструктивните параметри на пластинчатия радиатор с въздушно охлаждане са следните: височината на вентилационната част е 100 mm, дължината на ребрата е 240 mm, разстоянието между ребрата е 4 mm, скоростта на челния поток на охлаждащия въздух е 8 m/s, а плътността на топлинния поток е 4,81 W/cm2.Повишаването на температурата е 45°C, загубата на налягане на охлаждащия въздух е 460 Pa, а разсейването на топлината на единица обем е 374 kW/m3.В сравнение с гофрирания радиатор с въздушно охлаждане, капацитетът за разсейване на топлината на единица обем е увеличен с 52,7%, но загубата на налягане на въздуха също е по-голяма.
2.3 Радиатор с въздушно охлаждане на лопата
За да разберете топлинните характеристики на алуминиевия радиатор с лопатови зъби, височината на ребрата е 15 mm, дължината на ребрата е 150 mm, дебелината на ребрата е 1 mm, разстоянието на ребрата е 1 mm и охлаждащият въздух е челно скоростта е 5,4 m/s.Радиатор с въздушно охлаждане с лопата и плътност на топлинния поток 2,7 W/cm2беше подложен на тест за повишаване на температурата.Резултатите от теста показват, че температурата на монтажната повърхност на силовия елемент на радиатора е 74,2°C, повишаването на температурата на радиатора е 44,8K, загубата на налягане на охлаждащия въздух е 460 Pa, а разсейването на топлината на единица обем достига 4570 kW/m3.
3 Заключение
Чрез горните резултати от теста могат да се направят следните заключения.
(1) Капацитетът на охлаждане на радиатора с въздушно охлаждане е сортиран по висок и нисък: радиатор с въздушно охлаждане с лопатовидни зъбци, радиатор с въздушно охлаждане с пластинчати ребра, гофриран радиатор с въздушно охлаждане и радиатор с въздушно охлаждане с прави зъбци.
(2) Температурната разлика между ребрата в гофрирания радиатор с въздушно охлаждане и радиатора с въздушно охлаждане с прави зъбци е относително голяма, което оказва голямо влияние върху охлаждащия капацитет на радиатора.
(3) Радиаторът с естествено въздушно охлаждане има най-доброто разстояние между ребрата, което може да се получи чрез експеримент или теоретично изчисление.
(4) Благодарение на силния охлаждащ капацитет на радиатора с въздушно охлаждане с лопата, той може да се използва в електронно оборудване с висока локална плътност на топлинния поток.
Източник: Технология на машиностроенето и електротехниката, том 50, брой 06
Автори: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
опровержение
Горното съдържание идва от публична информация в Интернет и се използва само за комуникация и обучение в индустрията.Статията е независимо мнение на автора и не представлява позицията на DONGXU HYDRAULICS.Ако има проблеми със съдържанието на произведението, авторски права и т.н., моля, свържете се с нас в рамките на 30 дни след публикуването на тази статия и ние ще изтрием съответното съдържание незабавно.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.има три дъщерни дружества:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., иGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Холдинговата компания наFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua № 3 Фабрика за хидравлични частии т.н.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
иJiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
УЕБ: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/ТЕЛ/WECHAT: +86 139-2992-3909
ДОБАВЯНЕ: Factory Building 5, Area C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, China 528226
& No. 7 Xingye Road, Zhuxi Industrial Concentration Zone, Zhoutie Town, Yixing City, Jiangsu Province, Китай
Време на публикуване: 27 март 2023 г