astrattu
Scopre à i bisogni di dissipazione di u calore di i dispositi elettronichi di putenza, a tecnulugia di scambiu di calore di i radiatori rinfriscati à l'aria per u rinfrescante hè stata studiata in prufundità.Sicondu e caratteristiche strutturali è i requisiti tecnichi di u radiatore raffreddatu à l'aria per u rinfrescante di l'apparecchi di putenza, i testi di prestazione termica di u radiatore raffreddatu à l'aria cù diverse strutture sò realizati, è u software di calculu di simulazione hè utilizatu per a verificazione ausiliaria.Infine, sottu à u listessu risultatu di teste di temperatura, i carattiristichi di i radiaturi aria-cooled cù strutture differente in termini di perdita di pressione, dissipation di calori per unità di volume, è uniformità temperatura di superfici di muntatura di u dispusitivu di putenza sò stati paragunati.I risultati di a ricerca furnisce un riferimentu per u disignu di radiatori strutturale simili à l'aria.
Parole chjave:radiatore;rinfrescante à l'aria;prestazione termale;densità di flussu di calore
0 Prefazione
Cù u sviluppu scentificu di a scienza è a tecnulugia di l'elettronica di putere, l'appiecazione di i dispusitivi di l'elettronica di putere hè più larga.Ciò chì determina a vita di serviziu è u funziunamentu di i dispositi elettronichi hè u funziunamentu di u dispusitivu stessu, è a temperatura di u funziunamentu di u dispositivu elettronicu, vale à dì a capacità di trasferimentu di calore di u radiatore utilizatu per dissiparà u calore da u dispusitivu elettronicu.Attualmente, in l'equipaggiu elettronicu di putenza cù una densità di flussu di calore menu di 4 W / cm2, a maiò parte di i sistemi di rinfrescamentu d'aria sò usati.dissipatore di calore.
Zhang Liangjuan et al.utilizatu FloTHERM per fà a simulazione termale di moduli raffreddati à l'aria, è verificatu l'affidabilità di i risultati di a simulazione cù i risultati di e teste spirimintali, è hà pruvatu à u listessu tempu u rendiment di dissipazione di u calore di diversi piatti friddi.
Yang Jingshan hà sceltu trè radiatori tipici raffreddati à l'aria (vale à dì, radiatori di pinna dritta, radiatori di canali rettangulari pieni di spuma di metallu, è radiatori di pinne radiali) cum'è oggetti di ricerca, è hà utilizatu u software CFD per rinfurzà a capacità di trasferimentu di calore di i radiatori.È ottimisate a prestazione cumpleta di flussu è trasferimentu di calore.
Wang Changchang è altri anu utilizatu u software di simulazione di dissipazione di calore FLoTHERM per simulà è calculà a prestazione di dissipazione di calore di u radiatore raffreddatu à l'aria, cumminata cù i dati sperimentali per l'analisi comparativa, è hà studiatu l'influenza di parametri cum'è a velocità di u ventu di rinfrescante, a densità di i denti altezza nantu à a prestazione di dissipazione di calore di u radiatore raffreddatu à l'aria.
Shao Qiang et al.analizà brevemente u voluminu di l'aria di riferimentu necessariu per u rinfrescante di l'aria furzata pigliendu un radiatore rettangulare per esempiu;basatu annantu à a forma strutturale di u radiatore è i principii di a meccanica fluida, a formula di stima di a resistenza di u ventu di u duct di l'aria di rinfrescante hè stata derivata;cumminatu cù una breve analisi di a curva caratteristica PQ di u fan, u puntu di travagliu attuale è u voluminu di l'aria di ventilazione di u fan pò esse rapidamente ottinutu.
Pan Shujie hà sceltu u radiatore raffreddatu à l'aria per a ricerca, è spiegò brevemente i passi di u calculu di dissipazione di u calore, a selezzione di u radiatore, u calculu di a dissipazione di u calore in l'aria è a selezzione di u fan in u disignu di dissipazione di u calore, è hà cumpletu u disignu simplice di u radiatore.Utilizendu u software di simulazione termale ICEPAK, Liu Wei et al.hà realizatu un analisi comparativu di dui metudi di cuncepimentu di riduzzione di pesu per i radiatori (aumentà u spaziu di l'aletta è riduce l'altezza di l'aletta).Stu documentu introduce a struttura è a prestazione di dissipazione di u calore di i radiatori di prufilu, di spade è di plate-fin, rispettivamente.
1 Struttura di radiatore raffreddata à l'aria
1.1 Radiatori di raffreddamentu d'aria cumunimenti usati
U radiatore cumunu di l'aria hè furmatu da u processu di metalli, è l'aria di rinfrescante scorri à traversu u radiatore per dissiparà u calore di u dispusitivu elettronicu à l'ambiente atmosfericu.Trà i materiali metallichi cumuni, l'argentu hà a più alta conductività termale di 420 W / m * K, ma hè caru;
A conductività termale di u ramu hè 383 W / m· K, chì hè relativamente vicinu à u livellu di l'argentu, ma a tecnulugia di trasfurmazioni hè cumplicata, u costu hè altu è u pesu hè relativamente pisanti;
A conductività termale di l'alia d'aluminiu 6063 hè 201 W / m · K. Hè prezzu, hà boni caratteristiche di trasfurmazioni, trattamentu di superficia faciule, è rendimentu altu costu.
Per quessa, u materiale di l'attuale radiatori di l'aria mainstream in generale usa questa lega d'aluminiu.A Figura 1 mostra dui dissipatori di calore cumuni cun l'aria.I metudi di trasfurmazioni di radiatori raffreddati à l'aria cumunimenti usati includenu principalmente i seguenti:
(1) Disegnu è furmazione di lega d'aluminiu, l'area di trasferimentu di calore per unità di volume pò ghjunghje à circa 300 m.2/m3, è i metudi di rinfrescamentu sò rinfrescamentu naturali è raffreddamentu di ventilazione forzata;
(2) U dissipatore di calore è u sustrato sò incrustati inseme, è u dissipatore di calore è u sustrato ponu esse cunnessi da riveting, resina epossidica, saldatura, saldatura è altri prucessi.Inoltre, u materiale di u sustrato pò ancu esse in lega di cobre.L'area di trasferimentu di calore per unità di volume pò ghjunghje à circa 500 m2 / m3, è i metudi di rinfrescamentu sò rinfrescante naturali è ventilazione forzata;
(3) Shovel tooth forming, stu tipu di radiatore pò eliminà a resistenza termale trà u dissipatore di calore è u sustrato, a distanza trà u dissipatore di calore pò esse menu di 1,0 mm, è l'area di trasferimentu di calore per unità di volume pò ghjunghje à circa 2 500. m2/m3.U metudu di trasfurmazioni hè mostratu in Figura 2, è u metudu di rinfrescante hè u rinfrescante di l'aria forzata.
Fig. 1. U dissipatore di calore friddu à l'aria cumunimenti utilizatu
Fig 2. U metudu di trasfurmazioni di u radiatore di l'aria di a pala dente
1.2 Radiatore di piastra-fin raffreddatu à l'aria
U radiatore di piastra-fin aria-cooled hè un tipu di radiatore aria-cooled processatu da brazing di parechje parti.Hè principarmenti cumpostu di trè parti cum'è dissipatore di calore, piastra di rib è piastra di basa.A so struttura hè mostrata in a Figura 3. L'aletta di rinfrescante pò aduttà l'aletta plana, l'aletta ondulata, l'aletta staggered è altre strutture.In cunsiderà u prucessu di saldatura di e coste, i materiali d'aluminiu di a serie 3 sò selezziunati per e coste, dissipatori di calore è basi per assicurà a saldabilità di u radiatore di piastra-fin raffreddata à l'aria.L'area di trasferimentu di calore per unità di volume di u radiatore di l'aria di u piattu-fin pò ghjunghje à circa 650 m2 / m3, è i metudi di rinfrescamentu sò u rinfrescante naturali è u raffreddamentu di ventilazione forzata.
Fig 3. Radiatore di aria di piastra-fin
2 Prestazione termica di vari radiatori raffreddati à l'ariav
2.1Comu cumuni radiatori di prufilu rinfriscati à l'aria utilizati
2.1.1 Dissipazione di u calore naturali
I radiatori raffreddati à l'aria cumunimenti usati principarmenti rinfriscà i dispositi elettronichi per rinfrescante naturale, è a so prestazione di dissipazione di calore dipende principalmente da u spessore di l'alette di dissipazione di u calore, u tonu di l'alette, l'altezza di l'alette, è a lunghezza di l'alette di dissipazione di calore. longu à a direzzione di u flussu di l'aria di rinfrescante.Per a dissipazione di u calore naturali, u più grande l'area di dissipazione di u calore efficace, u megliu.U modu più direttu hè di riduce u spaziu di l'aletta è di aumentà u nùmeru di l'aletta, ma a distanza trà l'aletta hè abbastanza chjuca per influenzà a capa di cunfini di cunvezione naturali.Una volta chì i strati di cunfini di e pareti di l'aletta adiacenti cunvergenu, a velocità di l'aria trà l'alette scenderà bruscamente, è l'effettu di dissipazione di u calore scenderà ancu bruscamente.Attraversu u calculu di simulazione è a rilevazione di prova di u rendiment termicu di u radiatore raffreddatu à l'aria, quandu a lunghezza di l'aletta di dissipazione di calore hè di 100 mm è a densità di flussu di calore hè 0,1 W / cm.2, L'effettu di dissipazione di u calore di e diverse spazii di l'aletta hè mostratu in a Figura 4. A megliu distanza di film hè di circa 8,0 mm.Se a lunghezza di l'aletta di rinfrescante aumenta, u spaziu ottimale di l'aletta serà più grande.
Fig.4.Relazione trà a temperatura di u sustrato è u spaziu di l'aletta
2.1.2 Raffreddamentu di cunvezione forzata
I paràmetri strutturali di u radiatore corrugated air-cooled sò l'altezza di l'aletta 98 mm, a lunghezza di l'aletta 400 mm, u grossu di l'aletta 4 mm, u spaziu di l'aletta 4 mm, è a velocità di l'aire di rinfrescante 8 m / s.Un radiatore ondulatu rinfriscatu à l'aria cù una densità di flussu di calore di 2,38 W / cm2a été soumis à un essai de hausse de température.I risultati di a prova mostranu chì l'aumentu di a temperatura di u radiatore hè 45 K, a perdita di pressione di l'aria di rinfrescante hè 110 Pa, è a dissipazione di calore per unità di volume hè 245 kW / m.3.Inoltre, l'uniformità di a superficia di muntatura di i cumpunenti di putere hè povira, è a so differenza di temperatura righjunghji circa 10 °C.Attualmente, per risolve stu prublema, i tubi di calore di ramu sò di solitu intarrati nantu à a superficia di stallazione di u radiatore aria-cooled, cusì chì l'uniformità di a temperatura di a superficia di stallazione di cumpunenti di putenza pò esse significativamente migliorata in a direzzione di a stallazione di pipa di calore, è l'effettu ùn hè micca evidenti in a direzzione verticale.Se a tecnulugia di a camera di vapore hè aduprata in u sustrato, l'uniformità di a temperatura generale di a superficia di muntatura di i cumpunenti di putere pò esse cuntrullata in 3 ° C, è l'aumentu di a temperatura di u dissipatore di calore pò ancu esse ridutta à una certa misura.Stu pezzu di prova pò esse ridutta da circa 3 ° C.
Utilizendu u software di calculu di simulazione termale, in i stessi cundizioni esterni, u calculu di simulazione di u dente drittu è l'alette di rinfrescamentu ondulate hè realizatu, è i risultati sò mostrati in Figura 5. A temperatura di a superficia di muntatura di u dispusitivu di putenza cù u cooling straight-tooth. alette hè 153,5 ° C, è quella di aletta di rinfrescamentu ondulata hè 133,5 ° C.Per quessa, a capacità di rinfrescante di u radiatore di l'aria ondulata hè megliu cà quella di u radiatore di l'aria à denti dritti, ma l'uniformità di a temperatura di i corpi di l'aletta di i dui hè relativamente povera, chì hà un impattu maiò in u rendiment di rinfrescante. di u radiatore.
Fig.5.Campu di temperatura di aletta dritta è ondulata
2.2 Radiatore di piastra-fin raffreddatu à l'aria
I paràmetri strutturali di u radiatore di l'aletta di l'aria sò i seguenti: l'altezza di a parti di ventilazione hè di 100 mm, a lunghezza di l'aletta hè di 240 mm, a distanza trà l'aletta hè di 4 mm, a velocità di u flussu frontale. di l'aria di rinfrescante hè 8 m / s, è a densità di flussu di calore hè 4,81 W / cm2.L'aumentu di a temperatura hè di 45 ° C, a perdita di pressione di l'aria di rinfrescante hè 460 Pa, è a dissipazione di calore per unità di volume hè 374 kW / m3.In cunfrontu cù u radiatore ondulatu rinfriscatu à l'aria, a capacità di dissipazione di u calore per unità di volumi hè aumentata da 52,7%, ma a perdita di pressione di l'aria hè ancu più grande.
2.3 Radiatore di dente di pala à l'aria
Per capisce u funziunamentu termale di u radiatore di pala d'aluminiu, l'altezza di l'aletta hè di 15 mm, a lunghezza di l'aletta hè di 150 mm, u spessore di l'aletta hè di 1 mm, a spaziatura di l'aletta hè di 1 mm, è l'aria di rinfrescante frontale. a velocità hè 5,4 m/s.Un radiatore raffreddatu à l'aria cù una densità di flussu di calore di 2,7 W / cm2a été soumis à un essai de hausse de température.I risultati di a prova mostranu chì a temperatura di a superficia di muntatura di l'elementu di putere di u radiatore hè 74,2 ° C, l'aumentu di a temperatura di u radiatore hè 44,8 K, a perdita di pressione di l'aria di rinfrescante hè 460 Pa, è a dissipazione di calore per unità di volumi righjunghji 4570 kW / m.3.
3 Cunclusioni
Attraversu i risultati di a prova sopra, ponu esse realizati e seguenti cunclusioni.
(1) A capacità di rinfrescante di u radiatore di l'aria hè classificata per alta è bassa: radiatore di pala à denti, radiatore di piastra, radiatore ondulatu, è radiatore drittu.
(2) A diffarenza di temperatura trà l'alette in u radiatore corrugated aria-cooled è u radiatore aria-cooled dritta-denti hè relativamente grande, chì hà un grande impattu nantu à a capacità di rinfrescamentu di u radiatore.
(3) U radiatore naturale rinfriscatu à l'aria hà u megliu spacing fin, chì pò esse acquistatu per esperimentu o calculu teoricu.
(4) A causa di a forte capacità di rinfrescante di u radiatore di l'aria di a pala à denti, pò esse usatu in l'equipaggiu elettronicu cù una alta densità di flussu di calore lucale.
Fonte: Tecnulugia di l'Ingenieria Meccanica è Elettrica Volume 50 Issue 06
Autori: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
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Tempu di post: 27-mar-2023