αφηρημένη
Με στόχο τις απαιτήσεις απαγωγής θερμότητας των ηλεκτρονικών συσκευών ισχύος, έχει μελετηθεί σε βάθος η τεχνολογία ανταλλαγής θερμότητας των αερόψυκτων καλοριφέρ για την ψύξη τους.Σύμφωνα με τα δομικά χαρακτηριστικά και τις τεχνικές απαιτήσεις του αερόψυκτου ψυγείου για την ψύξη της ηλεκτρικής συσκευής, πραγματοποιούνται οι δοκιμές θερμικής απόδοσης του αερόψυκτου ψυγείου με διαφορετικές δομές και χρησιμοποιείται το λογισμικό υπολογισμού προσομοίωσης για βοηθητική επαλήθευση.Τέλος, κάτω από τα ίδια αποτελέσματα δοκιμής αύξησης θερμοκρασίας, συγκρίθηκαν τα χαρακτηριστικά αερόψυκτων καλοριφέρ με διαφορετικές δομές όσον αφορά την απώλεια πίεσης, την απαγωγή θερμότητας ανά μονάδα όγκου και την ομοιομορφία θερμοκρασίας των επιφανειών στερέωσης της συσκευής ισχύος.Τα αποτελέσματα της έρευνας παρέχουν μια αναφορά για το σχεδιασμό παρόμοιων δομικών αερόψυκτων καλοριφέρ.
Λέξεις-κλειδιά:σώμα καλοριφέρ;αερόψυξη;θερμική απόδοση?πυκνότητα ροής θερμότητας
0 Πρόλογος
Με την επιστημονική ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών ισχύος, η εφαρμογή των συσκευών ισχύος ηλεκτρονικών ισχύος είναι πιο εκτεταμένη.Αυτό που καθορίζει τη διάρκεια ζωής και την απόδοση των ηλεκτρονικών συσκευών είναι η απόδοση της ίδιας της συσκευής και η θερμοκρασία λειτουργίας της ηλεκτρονικής συσκευής, δηλαδή η ικανότητα μεταφοράς θερμότητας του ψυγείου που χρησιμοποιείται για τη διάχυση της θερμότητας από την ηλεκτρονική συσκευή.Επί του παρόντος, σε ηλεκτρονικό εξοπλισμό ισχύος με πυκνότητα ροής θερμότητας μικρότερη από 4 W/cm2, χρησιμοποιούνται τα περισσότερα από τα αερόψυκτα συστήματα ψύξης.ψύκτρα.
Οι Zhang Liangjuan et al.χρησιμοποίησε το FloTHERM για τη διεξαγωγή θερμικής προσομοίωσης αερόψυκτων μονάδων και επαλήθευσε την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης με πειραματικά αποτελέσματα δοκιμών και δοκίμασε την απόδοση απαγωγής θερμότητας διαφόρων ψυχρών πλακών ταυτόχρονα.
Ο Yang Jingshan επέλεξε τρία τυπικά αερόψυκτα καλοριφέρ (δηλαδή θερμαντικά σώματα με ευθεία πτερύγια, καλοριφέρ με ορθογώνια κανάλια γεμάτα με αφρό μετάλλου και καλοριφέρ με ακτινικά πτερύγια) ως ερευνητικά αντικείμενα και χρησιμοποίησε λογισμικό CFD για να βελτιώσει την ικανότητα μεταφοράς θερμότητας των καλοριφέρ.Και βελτιστοποιήστε την ολοκληρωμένη απόδοση ροής και μεταφοράς θερμότητας.
Ο Wang Changchang και άλλοι χρησιμοποίησαν το λογισμικό προσομοίωσης απαγωγής θερμότητας FLoTHERM για να προσομοιώσουν και να υπολογίσουν την απόδοση απαγωγής θερμότητας του αερόψυκτου καλοριφέρ, σε συνδυασμό με τα πειραματικά δεδομένα για συγκριτική ανάλυση και μελέτησαν την επίδραση παραμέτρων όπως η ταχύτητα του ανέμου ψύξης, η πυκνότητα των δοντιών και ύψος στην απόδοση απαγωγής θερμότητας του αερόψυκτου ψυγείου.
Οι Shao Qiang et al.ανέλυσε εν συντομία τον όγκο αέρα αναφοράς που απαιτείται για την εξαναγκασμένη ψύξη του αέρα λαμβάνοντας ως παράδειγμα ένα ορθογώνιο καλοριφέρ με πτερύγια.Με βάση τη δομική μορφή του ψυγείου και τις αρχές της μηχανικής των ρευστών, προέκυψε ο τύπος εκτίμησης αντίστασης ανέμου του αγωγού αέρα ψύξης.Σε συνδυασμό με μια σύντομη ανάλυση της χαρακτηριστικής καμπύλης PQ του ανεμιστήρα, μπορείτε να λάβετε γρήγορα το πραγματικό σημείο εργασίας και τον όγκο αέρα εξαερισμού του ανεμιστήρα.
Ο Pan Shujie επέλεξε το αερόψυκτο ψυγείο για έρευνα και εξήγησε εν συντομία τα βήματα του υπολογισμού της απαγωγής θερμότητας, της επιλογής καλοριφέρ, του υπολογισμού της απαγωγής αερόψυκτης θερμότητας και της επιλογής ανεμιστήρα στο σχεδιασμό απαγωγής θερμότητας και ολοκλήρωσε τον απλό σχεδιασμό αερόψυκτου καλοριφέρ.Χρησιμοποιώντας το λογισμικό θερμικής προσομοίωσης ICEPAK, οι Liu Wei et al.διεξήγαγε μια συγκριτική ανάλυση δύο μεθόδων σχεδιασμού μείωσης βάρους για θερμαντικά σώματα (αύξηση απόστασης πτερυγίων και μείωση ύψους πτερυγίων).Αυτή η εργασία εισάγει τη δομή και την απόδοση απαγωγής θερμότητας των αερόψυκτων καλοριφέρ προφίλ, δοντιών φτυάρι και πλάκας, αντίστοιχα.
1 Αερόψυκτη δομή καλοριφέρ
1.1 Συχνά χρησιμοποιούμενα αερόψυκτα καλοριφέρ
Το κοινό αερόψυκτο ψυγείο σχηματίζεται με επεξεργασία μετάλλων και ο αέρας ψύξης ρέει μέσω του ψυγείου για να διαχέει τη θερμότητα της ηλεκτρονικής συσκευής στο ατμοσφαιρικό περιβάλλον.Μεταξύ των κοινών μεταλλικών υλικών, το ασήμι έχει την υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα 420 W/m*K, αλλά είναι ακριβό.
Η θερμική αγωγιμότητα του χαλκού είναι 383 W/m· K, που είναι σχετικά κοντά στο επίπεδο του αργύρου, αλλά η τεχνολογία επεξεργασίας είναι περίπλοκη, το κόστος είναι υψηλό και το βάρος είναι σχετικά μεγάλο.
Η θερμική αγωγιμότητα του κράματος αλουμινίου 6063 είναι 201 W/m· K. Είναι φθηνό, έχει καλά χαρακτηριστικά επεξεργασίας, εύκολη επεξεργασία επιφάνειας και υψηλή απόδοση κόστους.
Ως εκ τούτου, το υλικό των σημερινών κυρίαρχων αερόψυκτων καλοριφέρ χρησιμοποιεί γενικά αυτό το κράμα αλουμινίου.Το Σχήμα 1 δείχνει δύο κοινές ψύκτες θερμότητας με αέρα.Οι κοινώς χρησιμοποιούμενες μέθοδοι επεξεργασίας αερόψυκτου καλοριφέρ περιλαμβάνουν κυρίως τα ακόλουθα:
(1) Σχεδιασμός και διαμόρφωση κράματος αλουμινίου, η περιοχή μεταφοράς θερμότητας ανά μονάδα όγκου μπορεί να φτάσει περίπου τα 300 m2/m3και οι μέθοδοι ψύξης είναι η φυσική ψύξη και η ψύξη με εξαναγκασμένο αερισμό.
(2) Η ψύκτρα και το υπόστρωμα είναι ένθετα μεταξύ τους και η ψύκτρα και το υπόστρωμα μπορούν να συνδεθούν με πριτσίνωμα, συγκόλληση με εποξειδική ρητίνη, συγκόλληση με συγκόλληση, συγκόλληση και άλλες διαδικασίες.Επιπλέον, το υλικό του υποστρώματος μπορεί να είναι και κράμα χαλκού.Η περιοχή μεταφοράς θερμότητας ανά μονάδα όγκου μπορεί να φτάσει περίπου τα 500 m2/m3 και οι μέθοδοι ψύξης είναι η φυσική ψύξη και η ψύξη με εξαναγκασμένο αερισμό.
(3) Σχηματισμός δοντιών φτυαριού, αυτό το είδος καλοριφέρ μπορεί να εξαλείψει τη θερμική αντίσταση μεταξύ της ψύκτρας και του υποστρώματος, η απόσταση μεταξύ της ψύκτρας μπορεί να είναι μικρότερη από 1,0 mm και η περιοχή μεταφοράς θερμότητας ανά μονάδα όγκου μπορεί να φτάσει περίπου τα 2 500 Μ2/m3.Η μέθοδος επεξεργασίας φαίνεται στο Σχήμα 2 και η μέθοδος ψύξης είναι η εξαναγκασμένη ψύξη με αέρα.
Εικ. 1. Συχνά χρησιμοποιούμενη αερόψυκτη ψύκτρα
Εικ. 2. Μέθοδος επεξεργασίας αερόψυκτου καλοριφέρ με δόντι φτυαριού
1.2 Αερόψυκτο ψυγείο με πλάκα πτερυγίου
Το αερόψυκτο ψυγείο με πλάκα πτερυγίου είναι ένα είδος αερόψυκτου ψυγείου που επεξεργάζεται με συγκόλληση πολλαπλών εξαρτημάτων.Αποτελείται κυρίως από τρία μέρη όπως ψύκτρα, πλευρική πλάκα και πλάκα βάσης.Η δομή του φαίνεται στο Σχήμα 3. Τα πτερύγια ψύξης μπορούν να υιοθετήσουν επίπεδα πτερύγια, κυματοειδή πτερύγια, κλιμακωτά πτερύγια και άλλες δομές.Λαμβάνοντας υπόψη τη διαδικασία συγκόλλησης των νευρώσεων, επιλέγονται υλικά αλουμινίου 3 σειρών για τις νευρώσεις, τις ψύκτρες και τις βάσεις για να διασφαλιστεί η συγκολλησιμότητα του αερόψυκτου ψυγείου με πτερύγια πλάκας.Η περιοχή μεταφοράς θερμότητας ανά μονάδα όγκου του αερόψυκτου ψυγείου με πλάκα πτερυγίου μπορεί να φτάσει περίπου τα 650 m2/m3 και οι μέθοδοι ψύξης είναι η φυσική ψύξη και η ψύξη με εξαναγκασμένο αερισμό.
Εικ. 3. Αερόψυκτο ψυγείο με πλάκα πτερύγιο
2 Θερμική απόδοση διαφόρων αερόψυκτων καλοριφέρv
2.1Συνήθως χρησιμοποιημένα αερόψυκτα καλοριφέρ προφίλ
2.1.1 Φυσική απαγωγή θερμότητας
Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα αερόψυκτα καλοριφέρ ψύχουν κυρίως ηλεκτρονικές συσκευές με φυσική ψύξη και η απόδοση απαγωγής θερμότητας εξαρτάται κυρίως από το πάχος των πτερυγίων απαγωγής θερμότητας, το βήμα των πτερυγίων, το ύψος των πτερυγίων και το μήκος των πτερυγίων απαγωγής θερμότητας κατά την κατεύθυνση της ροής του αέρα ψύξης.Για φυσική απαγωγή θερμότητας, όσο μεγαλύτερη είναι η αποτελεσματική περιοχή απαγωγής θερμότητας, τόσο το καλύτερο.Ο πιο άμεσος τρόπος είναι να μειωθεί η απόσταση των πτερυγίων και να αυξηθεί ο αριθμός των πτερυγίων, αλλά το κενό μεταξύ των πτερυγίων είναι αρκετά μικρό ώστε να επηρεάσει το οριακό στρώμα της φυσικής μεταφοράς.Μόλις τα οριακά στρώματα των παρακείμενων τοιχωμάτων πτερυγίων συγκλίνουν, η ταχύτητα του αέρα μεταξύ των πτερυγίων θα μειωθεί απότομα και το φαινόμενο απαγωγής θερμότητας θα μειωθεί επίσης απότομα.Μέσω του υπολογισμού προσομοίωσης και της ανίχνευσης δοκιμής της θερμικής απόδοσης του αερόψυκτου ψυγείου, όταν το μήκος πτερυγίου απαγωγής θερμότητας είναι 100 mm και η πυκνότητα ροής θερμότητας είναι 0,1 W/cm2, η επίδραση απαγωγής θερμότητας των διαφορετικών αποστάσεων πτερυγίων φαίνεται στο Σχήμα 4. Η καλύτερη απόσταση μεμβράνης είναι περίπου 8,0 mm.Εάν το μήκος των πτερυγίων ψύξης αυξηθεί, η βέλτιστη απόσταση των πτερυγίων θα γίνει μεγαλύτερη.
Εικ.4.Σχέση θερμοκρασίας υποστρώματος και απόστασης πτερυγίων
2.1.2 Ψύξη με εξαναγκασμένη μεταφορά
Οι δομικές παράμετροι του κυματοειδούς αερόψυκτου ψυγείου είναι ύψος πτερυγίου 98 mm, μήκος πτερυγίου 400 mm, πάχος πτερυγίου 4 mm, απόσταση πτερυγίων 4 mm και ταχύτητα αέρα ψύξης μετωπικά 8 m/s.Ένα κυματοειδές αερόψυκτο ψυγείο με πυκνότητα ροής θερμότητας 2,38 W/cm2υποβλήθηκε σε δοκιμή αύξησης της θερμοκρασίας.Τα αποτελέσματα της δοκιμής δείχνουν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας του ψυγείου είναι 45 K, η απώλεια πίεσης του αέρα ψύξης είναι 110 Pa και η απαγωγή θερμότητας ανά μονάδα όγκου είναι 245 kW/m3.Επιπλέον, η ομοιομορφία της επιφάνειας στερέωσης του εξαρτήματος ισχύος είναι κακή και η διαφορά θερμοκρασίας φτάνει περίπου τους 10 °C.Προς το παρόν, για την επίλυση αυτού του προβλήματος, οι χάλκινοι σωλήνες θερμότητας θάβονται συνήθως στην επιφάνεια εγκατάστασης του αερόψυκτου ψυγείου, έτσι ώστε η ομοιομορφία θερμοκρασίας της επιφάνειας εγκατάστασης του εξαρτήματος ισχύος να μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά προς την κατεύθυνση της τοποθέτησης του σωλήνα θερμότητας και το αποτέλεσμα δεν είναι εμφανές στην κατακόρυφη κατεύθυνση.Εάν χρησιμοποιείται τεχνολογία θαλάμου ατμού στο υπόστρωμα, η συνολική ομοιομορφία θερμοκρασίας της επιφάνειας στερέωσης του εξαρτήματος ισχύος μπορεί να ελεγχθεί εντός 3 °C και η αύξηση της θερμοκρασίας της ψύκτρας μπορεί επίσης να μειωθεί σε κάποιο βαθμό.Αυτό το δοκίμιο μπορεί να μειωθεί κατά περίπου 3 °C.
Χρησιμοποιώντας λογισμικό υπολογισμού θερμικής προσομοίωσης, υπό τις ίδιες εξωτερικές συνθήκες, πραγματοποιείται ο υπολογισμός της προσομοίωσης των πτερυγίων ψύξης με ίσιο δόντι και κυματοειδές και τα αποτελέσματα φαίνονται στο Σχήμα 5. Η θερμοκρασία της επιφάνειας στήριξης της τροφοδοτικής συσκευής με ψύξη με ευθεία δόντια τα πτερύγια είναι 153,5 °C και τα κυματοειδώς πτερύγια ψύξης είναι 133,5 °C.Επομένως, η ψυκτική ικανότητα του κυματοειδούς αερόψυκτου ψυγείου είναι καλύτερη από εκείνη του αερόψυκτου ψυγείου με ευθεία δόντια, αλλά η ομοιομορφία θερμοκρασίας των σωμάτων πτερυγίων των δύο είναι σχετικά κακή, γεγονός που έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο στην απόδοση ψύξης του καλοριφέρ.
Εικ.5.Πεδίο θερμοκρασίας ευθύγραμμων και κυματοειδών πτερυγίων
2.2 Αερόψυκτο ψυγείο με πλάκα πτερυγίου
Οι δομικές παράμετροι του αερόψυκτου ψυγείου με πλάκα πτερυγίου είναι οι εξής: το ύψος του τμήματος αερισμού είναι 100 mm, το μήκος των πτερυγίων είναι 240 mm, η απόσταση μεταξύ των πτερυγίων είναι 4 mm, η ταχύτητα ροής μετωπικής ροής του αέρα ψύξης είναι 8 m/s και η πυκνότητα ροής θερμότητας είναι 4,81 W/cm2.Η αύξηση της θερμοκρασίας είναι 45°C, η απώλεια πίεσης αέρα ψύξης είναι 460 Pa και η απαγωγή θερμότητας ανά μονάδα όγκου είναι 374 kW/m3.Σε σύγκριση με το κυματοειδές αερόψυκτο ψυγείο, η ικανότητα απαγωγής θερμότητας ανά μονάδα όγκου αυξάνεται κατά 52,7%, αλλά η απώλεια πίεσης αέρα είναι επίσης μεγαλύτερη.
2.3 Δόντι φτυαριού αερόψυκτο ψυγείο
Για να κατανοήσουμε τη θερμική απόδοση του καλοριφέρ αλουμινίου φτυαριού-δοντιού, το ύψος του πτερυγίου είναι 15 mm, το μήκος του πτερυγίου είναι 150 mm, το πάχος του πτερυγίου είναι 1 mm, η απόσταση πτερυγίων είναι 1 mm και ο αέρας ψύξης μετωπικά η ταχύτητα είναι 5,4 m/s.Ένα αερόψυκτο καλοριφέρ με δόντια φτυαριού με πυκνότητα ροής θερμότητας 2,7 W/cm2υποβλήθηκε σε δοκιμή αύξησης της θερμοκρασίας.Τα αποτελέσματα της δοκιμής δείχνουν ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας στερέωσης του στοιχείου ισχύος του ψυγείου είναι 74,2°C, η άνοδος της θερμοκρασίας του ψυγείου είναι 44,8 K, η απώλεια πίεσης αέρα ψύξης είναι 460 Pa και η απαγωγή θερμότητας ανά μονάδα όγκου φτάνει τα 4570 kW/m3.
3 Συμπέρασμα
Μέσα από τα παραπάνω αποτελέσματα των δοκιμών, μπορούν να εξαχθούν τα ακόλουθα συμπεράσματα.
(1) Η ψυκτική ικανότητα του αερόψυκτου ψυγείου ταξινομείται κατά υψηλή και χαμηλή: αερόψυκτο ψυγείο με δόντια φτυαριού, αερόψυκτο ψυγείο με πλάκα πτερύγιο, κυματοειδές αερόψυκτο ψυγείο και αερόψυκτο καλοριφέρ με ίσια δόντια.
(2) Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των πτερυγίων στο κυματοειδές αερόψυκτο ψυγείο και το αερόψυκτο ψυγείο με ευθεία δόντια είναι σχετικά μεγάλη, γεγονός που έχει μεγάλο αντίκτυπο στην ικανότητα ψύξης του ψυγείου.
(3) Το φυσικό αερόψυκτο ψυγείο έχει την καλύτερη απόσταση πτερυγίων, η οποία μπορεί να ληφθεί με πείραμα ή θεωρητικό υπολογισμό.
(4) Λόγω της ισχυρής ψυκτικής ικανότητας του αερόψυκτου καλοριφέρ με δόντια φτυαριού, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ηλεκτρονικό εξοπλισμό με υψηλή τοπική πυκνότητα ροής θερμότητας.
Πηγή: Τεχνολογία Μηχανολόγων και Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τόμος 50 Τεύχος 06
Συγγραφείς: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
αποποίηση ευθυνών
Το παραπάνω περιεχόμενο προέρχεται από δημόσιες πληροφορίες στο Διαδίκτυο και χρησιμοποιείται μόνο για επικοινωνία και μάθηση στον κλάδο.Το άρθρο είναι ανεξάρτητη γνώμη του συγγραφέα και δεν αντιπροσωπεύει τη θέση της DONGXU HYDRAULICS.Εάν υπάρχουν προβλήματα με το περιεχόμενο του έργου, πνευματικά δικαιώματα κ.λπ., επικοινωνήστε μαζί μας εντός 30 ημερών από τη δημοσίευση αυτού του άρθρου και θα διαγράψουμε αμέσως το σχετικό περιεχόμενο.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.έχει τρεις θυγατρικές:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd., καιGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
Η εταιρεία συμμετοχών τηςFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua No. 3 Hydraulic Parts Factory, και τα λοιπά.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΑ: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
ΠΡΟΣΘΗΚΗ: Factory Building 5, Area C3, Xingguangyuan Industry Base, Yanjiang South Road, Luocun Street, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, China 528226
& Νο. 7 Xingye Road, Zhuxi Industrial Concentration Zone, Zhoutie Town, Yixing City, Jiangsu Province, Κίνα
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-27-2023