abstracte
Tenint com a objectiu els requisits de dissipació de calor dels dispositius electrònics de potència, s'ha estudiat en profunditat la tecnologia d'intercanvi de calor dels radiadors refrigerats per aire per refredar-los.D'acord amb les característiques estructurals i els requisits tècnics del radiador refrigerat per aire per a la refrigeració del dispositiu d'alimentació, es realitzen les proves de rendiment tèrmic del radiador refrigerat per aire amb diferents estructures i s'utilitza el programari de càlcul de simulació per a la verificació auxiliar.Finalment, amb els mateixos resultats de la prova d'augment de temperatura, es van comparar les característiques dels radiadors refrigerats per aire amb diferents estructures en termes de pèrdua de pressió, dissipació de calor per unitat de volum i uniformitat de temperatura de les superfícies de muntatge del dispositiu d'alimentació.Els resultats de la investigació proporcionen una referència per al disseny de radiadors estructurals refrigerats per aire similars.
Paraules clau:radiador;refrigeració per aire;rendiment tèrmic;densitat de flux de calor
0 Pròleg
Amb el desenvolupament científic de la ciència i la tecnologia de l'electrònica de potència, l'aplicació dels dispositius de potència d'electrònica de potència és més àmplia.El que determina la vida útil i el rendiment dels dispositius electrònics és el rendiment del propi dispositiu i la temperatura de funcionament del dispositiu electrònic, és a dir, la capacitat de transferència de calor del radiador utilitzat per dissipar la calor del dispositiu electrònic.Actualment, en equips electrònics de potència amb una densitat de flux de calor inferior a 4 W/cm2, s'utilitzen la majoria dels sistemes de refrigeració refrigerats per aire.dissipador de calor.
Zhang Liangjuan et al.va utilitzar FloTHERM per realitzar simulacions tèrmiques de mòduls refrigerats per aire i va verificar la fiabilitat dels resultats de la simulació amb resultats de proves experimentals i va provar el rendiment de dissipació de calor de diverses plaques fredes al mateix temps.
Yang Jingshan va seleccionar tres radiadors típics refrigerats per aire (és a dir, radiadors d'aleta recta, radiadors de canal rectangular farcits d'escuma metàl·lica i radiadors d'aleta radial) com a objectes de recerca i va utilitzar programari CFD per millorar la capacitat de transferència de calor dels radiadors.I optimitzeu el rendiment integral del flux i la transferència de calor.
Wang Changchang i altres van utilitzar el programari de simulació de dissipació de calor FLoTHERM per simular i calcular el rendiment de la dissipació de calor del radiador refrigerat per aire, combinat amb les dades experimentals per a l'anàlisi comparativa, i van estudiar la influència de paràmetres com la velocitat del vent de refrigeració, la densitat de les dents i alçada sobre el rendiment de dissipació de calor del radiador refrigerat per aire.
Shao Qiang et al.va analitzar breument el volum d'aire de referència necessari per a la refrigeració forçada d'aire prenent com a exemple un radiador d'aletes rectangulars;basant-se en la forma estructural del radiador i els principis de la mecànica de fluids, es va derivar la fórmula d'estimació de la resistència del vent del conducte d'aire de refrigeració;combinat amb una breu anàlisi de la corba característica PQ del ventilador, es pot obtenir ràpidament el punt de treball real i el volum d'aire de ventilació del ventilador.
Pan Shujie va triar el radiador refrigerat per aire per a la investigació i va explicar breument els passos del càlcul de la dissipació de calor, la selecció del radiador, el càlcul de la dissipació de la calor refrigerada per aire i la selecció del ventilador en el disseny de la dissipació de calor, i va completar el disseny senzill del radiador refrigerat per aire.Utilitzant el programari de simulació tèrmica ICEPAK, Liu Wei et al.va realitzar una anàlisi comparativa de dos mètodes de disseny de reducció de pes per a radiadors (augmentar l'espaiat de les aletes i reduir l'alçada de les aletes).Aquest article presenta l'estructura i el rendiment de dissipació de calor dels radiadors refrigerats per aire de perfil, dent de pala i aleta de placa, respectivament.
1 Estructura del radiador refrigerat per aire
1.1 Radiadors refrigerats per aire utilitzats habitualment
El radiador comú refrigerat per aire està format per processament de metalls i l'aire de refrigeració flueix a través del radiador per dissipar la calor del dispositiu electrònic a l'entorn atmosfèric.Entre els materials metàl·lics comuns, la plata té la conductivitat tèrmica més alta de 420 W/m*K, però és cara;
La conductivitat tèrmica del coure és de 383 W/m·K, que és relativament propera al nivell de plata, però la tecnologia de processament és complicada, el cost és elevat i el pes relativament pesat;
La conductivitat tèrmica de l'aliatge d'alumini 6063 és de 201 W/m·K. És barat, té bones característiques de processament, un tractament superficial fàcil i un alt rendiment de costos.
Per tant, el material dels radiadors actuals refrigerats per aire generalment utilitza aquest aliatge d'alumini.La figura 1 mostra dos dissipadors de calor comuns refrigerats per aire.Els mètodes de processament de radiadors refrigerats per aire utilitzats habitualment inclouen principalment els següents:
(1) Dibuix i conformació d'aliatge d'alumini, l'àrea de transferència de calor per unitat de volum pot arribar a uns 300 m2/m3, i els mètodes de refrigeració són el refredament natural i el refredament per ventilació forçada;
(2) El dissipador de calor i el substrat estan incrustats junts, i el dissipador de calor i el substrat es poden connectar mitjançant reblats, unió de resina epoxi, soldadura per soldadura, soldadura i altres processos.A més, el material del substrat també pot ser un aliatge de coure.L'àrea de transferència de calor per unitat de volum pot arribar a uns 500 m2/m3, i els mètodes de refrigeració són el refredament natural i el refredament per ventilació forçada;
(3) Formació de dents de pala, aquest tipus de radiador pot eliminar la resistència tèrmica entre el dissipador de calor i el substrat, la distància entre el dissipador de calor pot ser inferior a 1,0 mm i l'àrea de transferència de calor per unitat de volum pot arribar a uns 2 500 m2/m3.El mètode de processament es mostra a la figura 2 i el mètode de refrigeració és el refredament per aire forçat.
Fig. 1. Dissipador de calor refrigerat per aire utilitzat habitualment
Fig. 2. Mètode de processament del radiador refrigerat per aire amb dents de pala
1.2 Radiador de placa-aleta refrigerat per aire
El radiador refrigerat per aire de placa d'aleta és una mena de radiador refrigerat per aire processat per soldadura de diverses peces.Es compon principalment de tres parts, com ara dissipador de calor, placa costella i placa base.La seva estructura es mostra a la figura 3. Les aletes de refrigeració poden adoptar aletes planes, aletes corrugades, aletes esglaonades i altres estructures.Tenint en compte el procés de soldadura de les costelles, es seleccionen materials d'alumini de la sèrie 3 per a les costelles, els dissipadors de calor i les bases per garantir la soldabilitat del radiador refrigerat per aire.L'àrea de transferència de calor per unitat de volum del radiador refrigerat per aire amb aleta de placa pot arribar a uns 650 m2/m3, i els mètodes de refrigeració són el refredament natural i el refredament per ventilació forçada.
Fig. 3. Radiador de placa-aleta refrigerat per aire
2 Rendiment tèrmic de diversos radiadors refrigerats per airev
2.1Comunament radiadors de perfil utilitzats refrigerats per aire
2.1.1 Dissipació natural de la calor
Els radiadors refrigerats per aire que s'utilitzen habitualment refreden principalment els dispositius electrònics mitjançant la refrigeració natural, i el seu rendiment de dissipació de calor depèn principalment del gruix de les aletes de dissipació de calor, el pas de les aletes, l'alçada de les aletes i la longitud de les aletes de dissipació de calor. en la direcció del flux d'aire de refrigeració.Per a la dissipació natural de la calor, com més gran sigui l'àrea efectiva de dissipació de calor, millor.La manera més directa és reduir l'espai de les aletes i augmentar el nombre d'aletes, però el buit entre les aletes és prou petit com per afectar la capa límit de la convecció natural.Una vegada que les capes límit de les parets de les aletes adjacents convergeixen, la velocitat de l'aire entre les aletes caurà bruscament i l'efecte de dissipació de calor també caurà bruscament.Mitjançant el càlcul de simulació i la detecció de proves del rendiment tèrmic del radiador refrigerat per aire, quan la longitud de l'aleta de dissipació de calor és de 100 mm i la densitat de flux de calor és de 0,1 W/cm2, l'efecte de dissipació de calor de diferents espais d'aleta es mostra a la figura 4. La millor distància de pel·lícula és d'uns 8,0 mm.Si la longitud de les aletes de refrigeració augmenta, l'espai òptim de les aletes serà més gran.
Fig.4.Relació entre la temperatura del substrat i l'espaiat de les aletes
2.1.2 Refrigeració per convecció forçada
Els paràmetres estructurals del radiador corrugat refrigerat per aire són l'alçada de l'aleta 98 mm, la longitud de l'aleta 400 mm, el gruix de l'aleta 4 mm, l'espai entre les aletes de 4 mm i la velocitat frontal de l'aire de refrigeració de 8 m/s.Un radiador ondulat refrigerat per aire amb una densitat de flux de calor de 2,38 W/cm2va ser sotmès a una prova d'augment de temperatura.Els resultats de la prova mostren que l'augment de temperatura del radiador és de 45 K, la pèrdua de pressió de l'aire de refrigeració és de 110 Pa i la dissipació de calor per unitat de volum és de 245 kW/m3.A més, la uniformitat de la superfície de muntatge dels components de potència és deficient i la seva diferència de temperatura arriba als 10 °C.Actualment, per resoldre aquest problema, els tubs de calor de coure solen estar enterrats a la superfície d'instal·lació del radiador refrigerat per aire, de manera que la uniformitat de la temperatura de la superfície d'instal·lació del component d'energia es pot millorar significativament en la direcció de la col·locació del tub de calor, i l'efecte no és evident en direcció vertical.Si s'utilitza la tecnologia de la cambra de vapor al substrat, la uniformitat general de la temperatura de la superfície de muntatge del component de potència es pot controlar dins de 3 ° C, i l'augment de la temperatura del dissipador de calor també es pot reduir fins a cert punt.Aquesta peça de prova es pot reduir uns 3 °C.
Utilitzant un programari de càlcul de simulació tèrmica, en les mateixes condicions externes, es realitza el càlcul de simulació de les aletes de refrigeració de dents rectes i corrugades, i els resultats es mostren a la figura 5. La temperatura de la superfície de muntatge del dispositiu d'alimentació amb refrigeració de dents rectes. les aletes és de 153,5 °C i la de les aletes de refrigeració corrugades és de 133,5 °C.Per tant, la capacitat de refrigeració del radiador refrigerat per aire corrugat és millor que la del radiador refrigerat per aire de dents rectes, però la uniformitat de temperatura dels cossos d'aleta dels dos és relativament pobre, la qual cosa té un impacte més gran en el rendiment de refrigeració. del radiador.
Fig.5.Camp de temperatura d'aletes rectes i ondulades
2.2 Radiador de placa-aleta refrigerat per aire
Els paràmetres estructurals del radiador refrigerat per aire amb aletes de placa són els següents: l'alçada de la part de ventilació és de 100 mm, la longitud de les aletes és de 240 mm, l'espai entre les aletes és de 4 mm, la velocitat del flux frontal. de l'aire de refrigeració és de 8 m/s i la densitat de flux de calor és de 4,81 W/cm2.L'augment de temperatura és de 45 °C, la pèrdua de pressió de l'aire de refrigeració és de 460 Pa i la dissipació de calor per unitat de volum és de 374 kW/m3.En comparació amb el radiador corrugat refrigerat per aire, la capacitat de dissipació de calor per unitat de volum augmenta un 52,7%, però la pèrdua de pressió de l'aire també és més gran.
2.3 Radiador refrigerat per aire de dents de pala
Per entendre el rendiment tèrmic del radiador de dents de pala d'alumini, l'alçada de l'aleta és de 15 mm, la longitud de l'aleta és de 150 mm, el gruix de l'aleta és d'1 mm, l'espai de l'aleta és d'1 mm i l'aire de refrigeració frontal la velocitat és de 5,4 m/s.Un radiador refrigerat per aire amb dents de pala amb una densitat de flux de calor de 2,7 W/cm2va ser sotmès a una prova d'augment de temperatura.Els resultats de la prova mostren que la temperatura de la superfície de muntatge de l'element de potència del radiador és de 74,2 °C, l'augment de temperatura del radiador és de 44,8K, la pèrdua de pressió de l'aire de refrigeració és de 460 Pa i la dissipació de calor per unitat de volum arriba a 4570 kW/m3.
3 Conclusió
A través dels resultats de les proves anteriors, es poden extreure les conclusions següents.
(1) La capacitat de refrigeració del radiador refrigerat per aire s'ordena per alt i baix: radiador refrigerat per aire amb dents de pala, radiador refrigerat per aire amb aletes de placa, radiador refrigerat per aire corrugat i radiador refrigerat per aire de dents rectes.
(2) La diferència de temperatura entre les aletes del radiador refrigerat per aire corrugat i el radiador refrigerat per aire de dents rectes és relativament gran, la qual cosa té un gran impacte en la capacitat de refrigeració del radiador.
(3) El radiador natural refrigerat per aire té la millor distància entre aletes, que es pot obtenir mitjançant experiments o càlculs teòrics.
(4) A causa de la forta capacitat de refrigeració del radiador refrigerat per aire amb dents de pala, es pot utilitzar en equips electrònics amb una alta densitat de flux de calor local.
Font: Tecnologia d'Enginyeria Mecànica i Elèctrica Volum 50 Número 06
Autors: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
exempció de responsabilitat
El contingut anterior prové d'informació pública a Internet i només s'utilitza per a la comunicació i l'aprenentatge a la indústria.L'article és l'opinió independent de l'autor i no representa la posició de DONGXU HYDRAULICS.Si hi ha problemes amb el contingut de l'obra, els drets d'autor, etc., poseu-vos en contacte amb nosaltres en un termini de 30 dies des de la publicació d'aquest article i suprimirem el contingut rellevant immediatament.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.té tres filials:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., iGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
La societat holding deFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua No. 3 Hydraulic Parts Factory, etc.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
WEB: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
AFEGIR: Edifici de fàbrica 5, Àrea C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, Xina 528226
& No. 7 Xingye Road, Zhuxi Industrial Concentration Zone, Zhoutie Town, Yixing City, Jiangsu Province, Xina
Hora de publicació: 27-mar-2023