abstrakt
Med henblik på varmeafledningskravene for elektriske strømenheder er varmevekslingsteknologien for luftkølede radiatorer til afkøling af dem blevet undersøgt i dybden.I henhold til de strukturelle egenskaber og tekniske krav til den luftkølede radiator til afkøling af kraftenhed udføres de termiske ydeevnetest af den luftkølede radiator med forskellige strukturer, og simuleringsberegningssoftwaren bruges til hjælpeverifikation.Til sidst, under de samme temperaturstigningstestresultater, blev karakteristikaene for luftkølede radiatorer med forskellige strukturer med hensyn til tryktab, varmeafledning pr. volumenhed og temperaturensartethed af monteringsoverflader til strømforsyningen sammenlignet.Forskningsresultaterne giver en reference for design af lignende strukturelle luftkølede radiatorer.
Nøgleord:radiator;luftkøling;termisk ydeevne;varmefluxtæthed
0 Forord
Med den videnskabelige udvikling af kraftelektronik videnskab og teknologi er anvendelsen af kraftelektronik kraftenheder mere omfattende.Det, der bestemmer levetiden og ydeevnen af elektroniske enheder, er selve enhedens ydeevne og den elektroniske enheds driftstemperatur, det vil sige varmeoverførselskapaciteten af radiatoren, der bruges til at sprede varme fra den elektroniske enhed.På nuværende tidspunkt anvendes de fleste af de luftkølede kølesystemer i kraftelektronisk udstyr med en varmefluxtæthed på mindre end 4 W/cm2.køleplade.
Zhang Liangjuan et al.brugte FloTHERM til at udføre termisk simulering af luftkølede moduler, og verificerede pålideligheden af simuleringsresultaterne med eksperimentelle testresultater og testede varmeafledningsevnen af forskellige kolde plader på samme tid.
Yang Jingshan valgte tre typiske luftkølede radiatorer (det vil sige radiatorer med lige finne, rektangulære kanalradiatorer fyldt med metalskum og radiatorer med radiatorer) som forskningsobjekter og brugte CFD-software til at forbedre radiatorernes varmeoverførselskapacitet.Og optimer den omfattende ydeevne af flow og varmeoverførsel.
Wang Changchang og andre brugte varmeafledningssimuleringssoftwaren FLoTHERM til at simulere og beregne varmeafledningsydelsen af den luftkølede radiator, kombineret med de eksperimentelle data til sammenlignende analyse, og studerede indflydelsen af parametre som kølevindhastighed, tandtæthed og højde på den luftkølede radiators varmeafledningsevne.
Shao Qiang et al.analyserede kort den referenceluftmængde, der kræves til tvungen luftkøling, ved at tage en rektangulær ribbe radiator som eksempel;baseret på radiatorens strukturelle form og principperne for fluidmekanik, blev køleluftkanalens estimeringsformel for vindmodstand udledt;kombineret med en kort analyse af ventilatorens PQ karakteristiske kurve, kan ventilatorens faktiske arbejdspunkt og ventilationsluftmængde hurtigt opnås.
Pan Shujie valgte den luftkølede radiator til forskning og forklarede kort trinene til varmeafledningsberegning, radiatorvalg, luftkølet varmeafledningsberegning og ventilatorvalg i varmeafledningsdesign og afsluttede det enkle luftkølede radiatordesign.Ved at bruge ICEPAK termisk simuleringssoftware, Liu Wei et al.udført en sammenlignende analyse af to vægtreduktionsdesignmetoder for radiatorer (øgning af finneafstand og reduktion af ribbehøjde).Dette papir introducerer strukturen og varmeafledningsevnen for henholdsvis profil-, spadetand- og pladefinnede luftkølede radiatorer.
1 Luftkølet radiatorstruktur
1.1 Almindeligt brugte luftkølede radiatorer
Den almindelige luftkølede radiator er dannet ved metalbearbejdning, og køleluften strømmer gennem radiatoren for at sprede varmen fra den elektroniske enhed til det atmosfæriske miljø.Blandt almindelige metalmaterialer har sølv den højeste varmeledningsevne på 420 W/m*K, men det er dyrt;
Kobbers varmeledningsevne er 383 W/m· K, hvilket er relativt tæt på sølvniveauet, men forarbejdningsteknologien er kompliceret, omkostningerne er høje, og vægten er relativt tung;
Den termiske ledningsevne af 6063 aluminiumslegering er 201 W/m·K. Den er billig, har gode forarbejdningsegenskaber, nem overfladebehandling og høj omkostningsydelse.
Derfor bruger materialet i de nuværende almindelige luftkølede radiatorer generelt denne aluminiumslegering.Figur 1 viser to almindelige luftkølede køleplader.Almindeligt anvendte luftkølede radiatorbehandlingsmetoder omfatter hovedsageligt følgende:
(1) Tegning og formning af aluminiumslegering, varmeoverførselsarealet pr. volumenhed kan nå omkring 300 m2/m3, og kølemetoderne er naturlig køling og tvungen ventilationskøling;
(2) Kølepladen og substratet er indlagt sammen, og kølepladen og substratet kan forbindes ved nitning, epoxyharpiksbinding, lodningssvejsning, lodning og andre processer.Derudover kan materialet i substratet også være kobberlegering.Varmeoverførselsarealet pr. volumenhed kan nå op på omkring 500 m2/m3, og kølemetoderne er naturlig køling og tvungen ventilationskøling;
(3) Skovltanddannelse, denne type radiator kan eliminere den termiske modstand mellem kølepladen og substratet, afstanden mellem kølepladen kan være mindre end 1,0 mm, og varmeoverførselsarealet pr. volumenhed kan nå omkring 2 500 m2/m3.Forarbejdningsmetoden er vist i figur 2, og kølemetoden er tvungen luftkøling.
Fig. 1. Almindelig brugt luftkølet køleplade
Fig. 2. Forarbejdningsmetode for skovltand luftkølet radiator
1.2 Pladefinne luftkølet radiator
Den plade-finne luftkølede radiator er en slags luftkølet radiator behandlet ved lodning af flere dele.Den er hovedsageligt sammensat af tre dele såsom køleplade, ribbeplade og bundplade.Dens struktur er vist i figur 3. Kølefinnerne kan anvende flade finner, korrugerede finner, forskudte finner og andre strukturer.I betragtning af ribbernes svejseproces er der valgt 3-serier aluminiumsmaterialer til ribberne, kølepladerne og baserne for at sikre svejsbarheden af den pladefinnede luftkølede radiator.Varmeoverførselsarealet pr. volumenhed af den plade-finne luftkølede radiator kan nå op på omkring 650 m2/m3, og kølemetoderne er naturlig køling og tvungen ventilationskøling.
Fig. 3. Pladefinne luftkølet radiator
2 Termisk ydeevne af forskellige luftkølede radiatorerv
2.1Almindeligvis brugte profil luftkølede radiatorer
2.1.1 Naturlig varmeafledning
Almindeligt anvendte luftkølede radiatorer køler hovedsageligt elektroniske enheder ved naturlig afkøling, og deres varmeafledningsevne afhænger hovedsageligt af tykkelsen af varmeafledningsfinnerne, finnernes stigning, ribbernes højde og længden af varmeafledningsfinnerne langs køleluftstrømmens retning.For naturlig varmeafledning, jo større det effektive varmeafledningsområde er, jo bedre.Den mest direkte måde er at reducere finneafstanden og øge antallet af finner, men mellemrummet mellem finnerne er lille nok til at påvirke grænselaget for naturlig konvektion.Når grænselagene af de tilstødende finnevægge konvergerer, vil lufthastigheden mellem finnerne falde kraftigt, og varmeafledningseffekten vil også falde kraftigt.Gennem simuleringsberegning og testdetektion af den luftkølede radiators termiske ydeevne, når varmeafledningsfinnelængden er 100 mm og varmefluxtætheden er 0,1 W/cm2, er varmeafledningseffekten af forskellige finneafstande vist i figur 4. Den bedste filmafstand er ca.Hvis længden af køleribberne øges, vil den optimale finneafstand blive større.
Fig.4.Sammenhæng mellem substrattemperatur og finneafstand
2.1.2 Forceret konvektionskøling
De strukturelle parametre for den korrugerede luftkølede radiator er ribbehøjde 98 mm, finnelængde 400 mm, finnetykkelse 4 mm, finneafstand 4 mm og køleluft front--on-hastighed 8 m/s.En bølget luftkølet radiator med en varmefluxtæthed på 2,38 W/cm2blev udsat for en temperaturstigningstest.Testresultaterne viser, at radiatorens temperaturstigning er 45 K, tryktabet i køleluften er 110 Pa, og varmeafgivelsen pr. volumen er 245 kW/m.3.Derudover er ensartetheden af strømkomponentens monteringsoverflade dårlig, og dens temperaturforskel når omkring 10 °C.For at løse dette problem er kobbervarmerør sædvanligvis begravet på installationsoverfladen af den luftkølede radiator, således at temperaturensartetheden af strømkomponentens installationsoverflade kan forbedres væsentligt i retning af varmerørets lægning, og effekten er ikke tydelig i lodret retning.Hvis der anvendes dampkammerteknologi i underlaget, kan den overordnede temperaturensartethed af effektkomponentens monteringsflade styres inden for 3 °C, og temperaturstigningen af kølepladen kan også reduceres til en vis grad.Dette prøvestykke kan reduceres med ca. 3 °C.
Ved hjælp af termisk simuleringsberegningssoftware udføres simuleringsberegningen af lige tand og korrugerede køleribber under de samme ydre betingelser, og resultaterne er vist i figur 5. Temperaturen på monteringsoverfladen på kraftenheden med lige tandkøling finnerne er 153,5 °C, og den for korrugerede køleribber er 133,5 °C.Derfor er kølekapaciteten af den korrugerede luftkølede radiator bedre end den for den ligetandede luftkølede radiator, men temperaturensartetheden af finnelegemerne af de to er relativt dårlig, hvilket har en større indflydelse på køleydelsen af radiatoren.
Fig.5.Temperaturfelt af lige og korrugerede finner
2.2 Pladefinne luftkølet radiator
De strukturelle parametre for den plade-finne luftkølede radiator er som følger: højden af ventilationsdelen er 100 mm, længden af finnerne er 240 mm, afstanden mellem finnerne er 4 mm, front-on flow hastigheden af køleluften er 8 m/s, og varmefluxtætheden er 4,81 W/cm2.Temperaturstigningen er 45°C, køleluftens tryktab er 460 Pa, og varmeafgivelsen pr. volumen er 374 kW/m3.Sammenlignet med den korrugerede luftkølede radiator øges varmeafledningskapaciteten pr. volumenhed med 52,7 %, men lufttryktabet er også større.
2.3 Skovltand luftkølet radiator
For at forstå den termiske ydeevne af aluminiumsskovl-tand-radiatoren er lamelhøjden 15 mm, finnelængden er 150 mm, finnetykkelsen er 1 mm, finneafstanden er 1 mm og køleluften frontalt. hastigheden er 5,4 m/s.En skovltand luftkølet radiator med en varmefluxtæthed på 2,7 W/cm2blev udsat for en temperaturstigningstest.Testresultaterne viser, at temperaturen på radiatorkraftelementets monteringsflade er 74,2°C, radiatorens temperaturstigning er 44,8K, kølelufttryktabet er 460 Pa, og varmeafgivelsen pr. volumenhed når 4570 kW/m3.
3 Konklusion
Gennem ovenstående testresultater kan følgende konklusioner drages.
(1) Kølekapaciteten af den luftkølede radiator er sorteret efter høj og lav: skovltand luftkølet radiator, pladefinnet luftkølet radiator, korrugeret luftkølet radiator og ligetandet luftkølet radiator.
(2) Temperaturforskellen mellem finnerne i den korrugerede luftkølede radiator og den ligetandede luftkølede radiator er relativt stor, hvilket har stor indflydelse på radiatorens kølekapacitet.
(3) Den naturlige luftkølede radiator har den bedste finneafstand, som kan opnås ved forsøg eller teoretisk beregning.
(4) På grund af den kraftige kølekapacitet af den skovltands luftkølede radiator kan den bruges i elektronisk udstyr med høj lokal varmefluxtæthed.
Kilde: Mekanisk og elektroteknisk Teknologi Bind 50 Udgave 06
Forfattere: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
ansvarsfraskrivelse
Ovenstående indhold kommer fra offentlig information på internettet og bruges kun til kommunikation og læring i branchen.Artiklen er forfatterens uafhængige mening og repræsenterer ikke DONGXU HYDRAULICS holdning.Hvis der er problemer med værkets indhold, ophavsret osv., bedes du kontakte os inden for 30 dage efter udgivelsen af denne artikel, så sletter vi det relevante indhold med det samme.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.har tre datterselskaber:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., ogGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Holdingselskabet afFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua No. 3 Hydraulic Part 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
TILFØJ: Fabriksbygning 5, område C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong-provinsen, Kina 528226
& nr. 7 Xingye Road, Zhuxi Industrial Concentration Zone, Zhoutie Town, Yixing City, Jiangsu-provinsen, Kina
Indlægstid: 27. marts 2023