abstraktní
Technologie výměny tepla vzduchem chlazených radiátorů pro jejich chlazení byla zaměřena na požadavky na rozptyl tepla výkonových elektronických výkonových zařízení.Podle konstrukčních charakteristik a technických požadavků vzduchem chlazeného radiátoru pro chlazení výkonového zařízení se provádějí tepelné výkonnostní zkoušky vzduchem chlazeného radiátoru s různými konstrukcemi a pro pomocné ověření se používá simulační výpočetní software.Nakonec byly při stejných výsledcích testu nárůstu teploty porovnány charakteristiky vzduchem chlazených radiátorů s různou strukturou, pokud jde o tlakovou ztrátu, odvod tepla na jednotku objemu a rovnoměrnost teploty montážních povrchů energetických zařízení.Výsledky výzkumu poskytují reference pro návrh podobných konstrukčních vzduchem chlazených radiátorů.
Klíčová slova:chladič;chlazení vzduchem;tepelný výkon;hustota tepelného toku
0 Předmluva
S vědeckým rozvojem vědy a technologie výkonové elektroniky je použití výkonových elektronických zařízení rozsáhlejší.To, co určuje životnost a výkon elektronických zařízení, je výkon samotného zařízení a provozní teplota elektronického zařízení, tj. kapacita přenosu tepla zářiče používaného k odvodu tepla z elektronického zařízení.V současné době se u výkonových elektronických zařízení s hustotou tepelného toku menší než 4 W/cm2 používá většina vzduchem chlazených chladicích systémů.chladič.
Zhang Liangjuan a kol.použil FloTHERM k provedení tepelné simulace vzduchem chlazených modulů a ověřil spolehlivost výsledků simulace s výsledky experimentálních testů a zároveň testoval výkon rozptylu tepla různých studených desek.
Yang Jingshan vybral jako výzkumné objekty tři typické vzduchem chlazené radiátory (tj. radiátory s přímými žebry, radiátory s obdélníkovým kanálem vyplněné kovovou pěnou a radiátory s radiálními lamelami) a ke zvýšení kapacity přenosu tepla radiátorů použil CFD software.A optimalizovat komplexní výkon proudění a přenosu tepla.
Wang Changchang a další použili software pro simulaci rozptylu tepla FLoTHERM k simulaci a výpočtu výkonu rozptylu tepla vzduchem chlazeného radiátoru v kombinaci s experimentálními daty pro srovnávací analýzu a studovali vliv parametrů, jako je rychlost chladicího větru, hustota zubů a výška na výkon odvodu tepla vzduchem chlazeného radiátoru.
Shao Qiang a kol.stručně analyzoval referenční objem vzduchu potřebný pro chlazení nuceným vzduchem pomocí obdélníkového žebrovaného radiátoru jako příkladu;na základě konstrukčního tvaru chladiče a principů mechaniky tekutin byl odvozen vzorec pro odhad odporu větru v potrubí chladicího vzduchu;v kombinaci se stručnou analýzou charakteristické křivky PQ ventilátoru lze rychle získat skutečný pracovní bod a objem přiváděného vzduchu ventilátoru.
Pan Shujie si pro výzkum vybral vzduchem chlazený radiátor a stručně vysvětlil kroky výpočtu odvodu tepla, výběr radiátoru, výpočet odvodu tepla vzduchem chlazeného a výběr ventilátoru v návrhu odvodu tepla a dokončil jednoduchý návrh vzduchem chlazeného radiátoru.Pomocí softwaru pro tepelnou simulaci ICEPAK Liu Wei et al.provedla srovnávací analýzu dvou metod návrhu snížení hmotnosti radiátorů (zvětšení rozteče lamel a snížení výšky lamel).Tento článek představuje strukturu a výkon rozptylu tepla profilových, lopatkových a deskových vzduchem chlazených radiátorů.
1 Konstrukce vzduchem chlazeného radiátoru
1.1 Běžně používané vzduchem chlazené radiátory
Běžný vzduchem chlazený radiátor je tvořen kovovým zpracováním a chladicí vzduch proudí radiátorem, aby odváděl teplo elektronického zařízení do atmosférického prostředí.Z běžných kovových materiálů má stříbro nejvyšší tepelnou vodivost 420 W/m*K, je však drahé;
Tepelná vodivost mědi je 383 W/m· K, což je relativně blízko úrovni stříbra, ale technologie zpracování je komplikovaná, náklady jsou vysoké a hmotnost je poměrně vysoká;
Tepelná vodivost hliníkové slitiny 6063 je 201 W/m·K. Je levná, má dobré zpracovatelské vlastnosti, snadnou povrchovou úpravu a vysokou cenu.
Proto materiál současných mainstreamových vzduchem chlazených radiátorů obecně používá tuto hliníkovou slitinu.Obrázek 1 ukazuje dva běžné vzduchem chlazené chladiče.Mezi běžně používané způsoby zpracování vzduchem chlazených radiátorů patří zejména následující:
(1) Tažení a tvarování z hliníkové slitiny, plocha přenosu tepla na jednotku objemu může dosáhnout asi 300 m2/m3a způsoby chlazení jsou přirozené chlazení a chlazení nucenou ventilací;
(2) Chladič a substrát jsou vykládány dohromady a chladič a substrát lze spojit nýtováním, lepením epoxidovou pryskyřicí, pájením natvrdo, pájením a dalšími procesy.Kromě toho může být materiálem substrátu také slitina mědi.Teplosměnná plocha na jednotku objemu může dosáhnout asi 500 m2/m3 a způsoby chlazení jsou přirozené chlazení a chlazení nucenou ventilací;
(3) Tvarování zubů lopaty, tento druh radiátoru může eliminovat tepelný odpor mezi chladičem a substrátem, vzdálenost mezi chladičem může být menší než 1,0 mm a plocha přenosu tepla na jednotku objemu může dosáhnout asi 2 500 m2/m3.Způsob zpracování je znázorněn na obrázku 2 a způsob chlazení je chlazení nuceným vzduchem.
Obr. 1. Běžně používaný vzduchem chlazený chladič
Obr. 2. Způsob zpracování zubu lopatky vzduchem chlazeného radiátoru
1.2 Deskový vzduchem chlazený chladič
Deskový vzduchem chlazený chladič je druh vzduchem chlazeného chladiče zpracovaný pájením více dílů.Skládá se hlavně ze tří částí, jako je chladič, žebrová deska a základní deska.Jeho struktura je znázorněna na obrázku 3. Chladicí žebra mohou mít plochá žebra, vlnitá žebra, přesazená žebra a další struktury.S ohledem na proces svařování žeber jsou vybrány 3 sériové hliníkové materiály pro žebra, chladiče a základny, aby byla zajištěna svařitelnost deskového vzduchem chlazeného radiátoru.Teplosměnná plocha na jednotku objemu deskového vzduchem chlazeného radiátoru může dosáhnout asi 650 m2/m3 a způsoby chlazení jsou přirozené chlazení a chlazení nucenou ventilací.
Obr. 3. Deskový chladič vzduchem chlazený
2 Tepelný výkon různých vzduchem chlazených radiátorův
2.1Běžně použité profilové vzduchem chlazené radiátory
2.1.1 Přirozený odvod tepla
Běžně používané vzduchem chlazené radiátory chladí hlavně elektronická zařízení přirozeným chlazením a jejich výkon při odvodu tepla závisí hlavně na tloušťce žeber pro odvod tepla, rozteči žeber, výšce žeber a délce žeber pro odvod tepla ve směru proudění chladicího vzduchu.Pro přirozený odvod tepla platí, že čím větší je efektivní plocha pro odvod tepla, tím lépe.Nejpřímější způsob je zmenšit rozteč žeber a zvýšit počet žeber, ale mezera mezi žebry je dostatečně malá, aby ovlivnila hraniční vrstvu přirozené konvekce.Jakmile se hraniční vrstvy sousedních stěn ploutví sblíží, rychlost vzduchu mezi ploutvemi prudce klesne a také prudce poklesne efekt rozptylu tepla.Prostřednictvím simulačního výpočtu a testovací detekce tepelného výkonu vzduchem chlazeného radiátoru, když je délka žebra pro odvod tepla 100 mm a hustota tepelného toku je 0,1 W/cm2Účinek rozptylu tepla různých vzdáleností žeber je znázorněn na obrázku 4. Nejlepší vzdálenost filmu je asi 8,0 mm.Pokud se délka chladicích žeber zvětší, optimální rozteč žeber se zvětší.
Obr.4.Vztah mezi teplotou substrátu a vzdáleností žeber
2.1.2 Chlazení nuceným prouděním
Konstrukční parametry vlnitého vzduchem chlazeného radiátoru jsou výška žebra 98 mm, délka žebra 400 mm, tloušťka žebra 4 mm, rozteč žeber 4 mm a čelní rychlost chladicího vzduchu 8 m/s.Vlnitý vzduchem chlazený radiátor s hustotou tepelného toku 2,38 W/cm2byl podroben testu nárůstu teploty.Výsledky testu ukazují, že nárůst teploty chladiče je 45 K, tlaková ztráta chladicího vzduchu je 110 Pa a ztráta tepla na jednotku objemu je 245 kW/m3.Kromě toho je rovnoměrnost montážního povrchu výkonové součásti špatná a její teplotní rozdíl dosahuje asi 10 °C.V současné době se pro vyřešení tohoto problému obvykle měděné tepelné trubice zakopávají na instalační plochu vzduchem chlazeného radiátoru, takže lze výrazně zlepšit rovnoměrnost teploty instalační plochy výkonové součásti ve směru pokládky tepelné trubky a efekt není patrný ve vertikálním směru.Pokud je v substrátu použita technologie parní komory, lze celkovou rovnoměrnost teploty montážního povrchu výkonové součásti řídit v rozmezí 3 °C a do určité míry lze také snížit nárůst teploty chladiče.Tento zkušební kus lze snížit asi o 3 °C.
Pomocí softwaru pro výpočet tepelné simulace se za stejných vnějších podmínek provede simulační výpočet přímých zubů a vlnitých chladicích žeber a výsledky jsou uvedeny na obrázku 5. Teplota montážního povrchu výkonového zařízení s chlazením s přímými zuby žebra je 153,5 °C a vlnitých chladicích žeber je 133,5 °C.Chladicí kapacita vlnitého vzduchem chlazeného radiátoru je proto lepší než chladicího výkonu vzduchem chlazeného radiátoru s přímými zuby, ale teplotní rovnoměrnost těles žeber těchto dvou je relativně špatná, což má větší dopad na chladicí výkon. radiátoru.
Obr.5.Teplotní pole rovných a vlnitých ploutví
2.2 Deskový vzduchem chlazený radiátor
Konstrukční parametry deskového vzduchem chlazeného radiátoru jsou následující: výška ventilační části 100 mm, délka lamel 240 mm, rozteč lamel 4 mm, čelní rychlost proudění chladicího vzduchu je 8 m/s a hustota tepelného toku je 4,81 W/cm2.Nárůst teploty je 45°C, tlaková ztráta chladicího vzduchu je 460 Pa a odvod tepla na jednotku objemu je 374 kW/m3.Ve srovnání s vlnitým vzduchem chlazeným radiátorem je kapacita odvodu tepla na jednotku objemu zvýšena o 52,7 %, ale ztráta tlaku vzduchu je také větší.
2.3 Zub lopatky vzduchem chlazený radiátor
Abychom pochopili tepelný výkon hliníkového chladiče s lopatkami, výška žebra je 15 mm, délka žebra je 150 mm, tloušťka žebra je 1 mm, rozteč žeber je 1 mm a chladicí vzduch je čelní. rychlost je 5,4 m/s.Vzduchem chlazený radiátor s lopatkovým zubem o hustotě tepelného toku 2,7 W/cm2byl podroben testu nárůstu teploty.Výsledky testu ukazují, že teplota montážní plochy výkonového prvku chladiče je 74,2 °C, nárůst teploty chladiče je 44,8 K, tlaková ztráta chladicího vzduchu je 460 Pa a rozptyl tepla na jednotku objemu dosahuje 4570 kW/m3.
3 Závěr
Na základě výše uvedených výsledků testů lze vyvodit následující závěry.
(1) Chladicí výkon vzduchem chlazeného radiátoru je rozdělen podle vysoké a nízké: vzduchem chlazený radiátor s lopatkovými zuby, deskový vzduchem chlazený radiátor, vlnitý vzduchem chlazený radiátor a vzduchem chlazený radiátor s rovnými zuby.
(2) Teplotní rozdíl mezi žebry ve vlnitém vzduchem chlazeném radiátoru a vzduchem chlazeném radiátoru s přímými zuby je poměrně velký, což má velký vliv na chladicí výkon radiátoru.
(3) Přírodní vzduchem chlazený radiátor má nejlepší rozteč lamel, kterou lze získat experimentem nebo teoretickým výpočtem.
(4) Vzhledem k silné chladicí kapacitě vzduchem chlazeného radiátoru s lopatkovým zubem jej lze použít v elektronických zařízeních s vysokou hustotou místního tepelného toku.
Zdroj: Strojírenská a elektrotechnická technologie Ročník 50 Číslo 06
Autoři: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
vyloučení odpovědnosti
Výše uvedený obsah pochází z veřejných informací na internetu a používá se pouze pro komunikaci a učení v oboru.Článek je nezávislým názorem autora a nereprezentuje postoj DONGXU HYDRAULICS.V případě problémů s obsahem díla, autorským právem apod. nás prosím kontaktujte do 30 dnů od zveřejnění tohoto článku a my příslušný obsah neprodleně smažeme.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.má tři dceřiné společnosti:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., aGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Holdingová společnostFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua č. 3 továrna na hydraulické díly, atd.
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
PŘIDAT: Factory Building 5, Area C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, China 528226
& č. 7 Xingye Road, průmyslová koncentrační zóna Zhuxi, město Zhoutie, město Yixing, provincie Jiangsu, Čína
Čas odeslání: 27. března 2023