abstraktne
Jõuelektrooniliste jõuseadmete soojuse hajumise nõudeid silmas pidades on süvitsi uuritud õhkjahutusega radiaatorite soojusvahetustehnoloogiat nende jahutamiseks.Vastavalt toiteseadmete jahutamiseks mõeldud õhkjahutusega radiaatori konstruktsiooniomadustele ja tehnilistele nõuetele viiakse läbi erineva konstruktsiooniga õhkjahutusega radiaatori soojusliku jõudluse testid ning abikontrolliks kasutatakse simulatsiooniarvutustarkvara.Lõpuks võrreldi samade temperatuuritõusu katsetulemuste all erineva struktuuriga õhkjahutusega radiaatorite omadusi rõhukao, soojuse hajumise ruumalaühiku kohta ja jõuseadmete kinnituspindade temperatuuri ühtluse osas.Uurimistulemused annavad võrdlusaluse sarnaste struktuursete õhkjahutusega radiaatorite projekteerimiseks.
Märksõnad:radiaator;õhkjahutus;soojuslik jõudlus;soojusvoo tihedus
0 Eessõna
Jõuelektroonika teaduse ja tehnoloogia teadusliku arenguga on jõuelektroonika toiteseadmete rakendamine ulatuslikum.Elektroonikaseadmete tööea ja jõudluse määrab seadme enda jõudlus ja elektroonikaseadme töötemperatuur ehk elektroonikaseadmest soojuse hajutamiseks kasutatava radiaatori soojusülekandevõime.Praegu kasutatakse jõuelektroonika seadmetes, mille soojusvoo tihedus on alla 4 W/cm2, enamik õhkjahutusega jahutussüsteeme.radikas.
Zhang Liangjuan jt.kasutas FloTHERMi õhkjahutusega moodulite termilise simulatsiooni läbiviimiseks ja kontrollis simulatsioonitulemuste usaldusväärsust eksperimentaalsete katsetulemustega ning katsetas samaaegselt erinevate külmplaatide soojuse hajumise jõudlust.
Yang Jingshan valis uurimisobjektideks kolm tüüpilist õhkjahutusega radiaatorit (st sirge ribiga radiaatorid, metallvahuga täidetud ristkülikukujulised kanaliga radiaatorid ja radiaalsed ribradiaatorid) ning kasutas radiaatorite soojusülekandevõime suurendamiseks CFD tarkvara.Ja optimeerige voolu ja soojusülekande kõikehõlmavat jõudlust.
Wang Changchang ja teised kasutasid soojuse hajumise simulatsioonitarkvara FLoTHERM, et simuleerida ja arvutada õhkjahutusega radiaatori soojuse hajumist, kombineerides neid võrdleva analüüsi eksperimentaalsete andmetega ning uurisid selliste parameetrite mõju nagu jahutava tuule kiirus, hammaste tihedus ja kõrgus õhkjahutusega radiaatori soojuseraldusvõimest.
Shao Qiang et al.analüüsis lühidalt sundõhujahutuseks vajalikku etalonõhuhulka, võttes näiteks ristkülikukujulise ribidega radiaatori;radiaatori konstruktsioonivormist ja vedelikumehaanika põhimõtetest lähtudes tuletati jahutusõhukanali tuuletakistuse hinnanguvalem;kombineerituna ventilaatori PQ karakteristiku kõvera lühianalüüsiga saab kiiresti teada ventilaatori tegeliku tööpunkti ja ventilatsiooniõhu mahu.
Pan Shujie valis uurimiseks õhkjahutusega radiaatori ja selgitas lühidalt soojuse hajumise arvutamise, radiaatori valiku, õhkjahutusega soojuse hajumise arvutamise ja ventilaatori valiku etappe soojuse hajumise projekteerimisel ning lõpetas lihtsa õhkjahutusega radiaatori disaini.Kasutades ICEPAK termilise simulatsiooni tarkvara, Liu Wei et al.viis läbi kahe radiaatorite kaalu vähendamise disainimeetodi (ribide vahe suurendamine ja ribide kõrguse vähendamine) võrdleva analüüsi.Selles artiklis tutvustatakse vastavalt profiil-, labidahammas- ja plaatribi õhkjahutusega radiaatorite struktuuri ja soojuse hajumist.
1 Õhkjahutusega radiaatori struktuur
1.1 Üldkasutatavad õhkjahutusega radiaatorid
Tavaline õhkjahutusega radiaator on moodustatud metalli töötlemisel ja jahutusõhk voolab läbi radiaatori, et hajutada elektroonikaseadme soojust atmosfäärikeskkonda.Levinud metallmaterjalidest on hõbeda kõrgeim soojusjuhtivus 420 W/m*K, kuid see on kallis;
Vase soojusjuhtivus on 383 W/m· K, mis on suhteliselt lähedane hõbeda tasemele, kuid töötlemistehnoloogia on keeruline, maksumus on kõrge ja kaal on suhteliselt raske;
6063 alumiiniumsulami soojusjuhtivus on 201 W/m·K. See on odav, sellel on head töötlemisomadused, lihtne pinnatöötlus ja kõrge kulutasuvus.
Seetõttu kasutatakse praeguste tavaliste õhkjahutusega radiaatorite materjalis üldiselt seda alumiiniumisulamit.Joonisel 1 on kujutatud kahte tavalist õhkjahutusega jahutusradiaatorit.Tavaliselt kasutatavad õhkjahutusega radiaatori töötlemise meetodid hõlmavad peamiselt järgmist:
(1) Alumiiniumisulamist tõmbamine ja vormimine, soojusülekande pindala mahuühiku kohta võib ulatuda umbes 300 m-ni2/m3, ja jahutusmeetoditeks on loomulik jahutus ja sundventilatsiooniga jahutamine;
(2) Jahutusradiaator ja põhimik on kokku pandud ning jahutusradiaatorit ja aluspinda saab ühendada neetimise, epoksüvaigu sidumise, kõvajoodisega keevitamise, jootmise ja muude protsesside abil.Lisaks võib substraadi materjaliks olla ka vasesulam.Soojusülekande pindala mahuühiku kohta võib ulatuda umbes 500 m2/m3 ja jahutusmeetoditeks on loomulik jahutus ja sundventilatsiooniga jahutus;
(3) Labidahammaste moodustamine, selline radiaator võib kõrvaldada soojustakistuse jahutusradiaatori ja aluspinna vahel, jahutusradiaatori vaheline kaugus võib olla alla 1,0 mm ja soojusülekande pindala mahuühiku kohta võib ulatuda umbes 2500-ni. m2/m3.Töötlemismeetod on näidatud joonisel 2 ja jahutusmeetodiks on sundõhujahutus.
Joonis 1. Tavaliselt kasutatav õhkjahutusega jahutusradiaator
Joonis 2. Kühvlihambaga õhkjahutusega radiaatori töötlemismeetod
1.2 Plaatribidega õhkjahutusega radiaator
Plaatribaga õhkjahutusega radiaator on omamoodi õhkjahutusega radiaator, mida töödeldakse mitme osa kõvajoodisjootmise teel.See koosneb peamiselt kolmest osast, nagu jahutusradiaator, ribiplaat ja alusplaat.Selle struktuur on näidatud joonisel 3. Jahutusribid võivad vastu võtta lamedaid ribisid, gofreeritud ribisid, astmelisi ribisid ja muid struktuure.Arvestades ribide keevitusprotsessi, valitakse ribide, jahutusradiaatorite ja aluste jaoks 3-seeria alumiiniummaterjalid, et tagada plaatribidega õhkjahutusega radiaatori keevitatavus.Plaatribaga õhkjahutusega radiaatori ruumalaühiku soojusülekandepindala võib ulatuda umbes 650 m2/m3 ning jahutusmeetoditeks on loomulik jahutus ja sundventilatsiooniga jahutus.
Joonis 3. Õhkjahutusega plaatradiaator
2 Erinevate õhkjahutusega radiaatorite soojusnäitajadv
2.1Tavaliselt kasutatud profiiliga õhkjahutusega radiaatorid
2.1.1 Looduslik soojuse hajumine
Tavaliselt kasutatavad õhkjahutusega radiaatorid jahutavad elektroonikaseadmeid peamiselt loomuliku jahutamise teel ning nende soojuse hajumise jõudlus sõltub peamiselt soojuse hajumise ribide paksusest, ribide sammust, ribide kõrgusest ja soojuse hajumise ribide pikkusest. piki jahutusõhu voolu suunda.Loodusliku soojuse hajumise jaoks, mida suurem on efektiivne soojuse hajumise ala, seda parem.Kõige otsesem viis on vähendada uimede vahekaugust ja suurendada uimede arvu, kuid uimede vahe on piisavalt väike, et mõjutada loodusliku konvektsiooni piirkihti.Kui külgnevate uimeseinte piirkihid koonduvad, väheneb järsult õhu kiirus uimede vahel ja ka soojuse hajumise efekt.Õhkjahutusega radiaatori soojustõhususe simulatsiooniarvutuse ja katsetuvastuse abil, kui soojuse hajumise ribi pikkus on 100 mm ja soojusvoo tihedus on 0,1 W/cm2, erinevate uimevahede soojuse hajumise efekt on näidatud joonisel 4. Parim kilekaugus on umbes 8,0 mm.Kui jahutusribide pikkus suureneb, suureneb optimaalne ribide vahe.
Joonis 4.Substraadi temperatuuri ja uimede vahekauguse seos
2.1.2 Sundkonvektsioonjahutus
Lainelise õhkjahutusega radiaatori konstruktsiooniparameetrid on ribi kõrgus 98 mm, ribi pikkus 400 mm, ribi paksus 4 mm, ribide vahe 4 mm ja jahutusõhu eesmine kiirus 8 m/s.Gofreeritud õhkjahutusega radiaator, mille soojusvoo tihedus on 2,38 W/cm2tehti temperatuuri tõusu test.Katsetulemused näitavad, et radiaatori temperatuuritõus on 45 K, jahutusõhu rõhukadu on 110 Pa ja soojuse hajumine mahuühiku kohta on 245 kW/m.3.Lisaks on jõukomponendi kinnituspinna ühtlus halb ja selle temperatuuride erinevus ulatub umbes 10 °C-ni.Praegu maetakse selle probleemi lahendamiseks vasksoojustorud tavaliselt õhkjahutusega radiaatori paigalduspinnale, nii et toitekomponendi paigalduspinna temperatuuri ühtlust saab oluliselt parandada soojustoru paigaldamise suunas ja vertikaalsuunas mõju ei ole ilmne.Kui aluspinnas kasutatakse aurukambri tehnoloogiat, saab toitekomponendi paigalduspinna üldist temperatuuri ühtlust reguleerida 3 °C piires ning ka jahutusradiaatori temperatuuri tõusu saab teatud määral vähendada.Seda katsekeha saab vähendada umbes 3 °C võrra.
Kasutades termosimulatsiooni arvutustarkvara, tehakse samadel välistingimustel sirge hamba ja gofreeritud jahutusribide simulatsiooniarvutus, mille tulemused on näidatud joonisel 5. Sirgehammasjahutusega jõuseadme kinnituspinna temperatuur ribide temperatuur on 153,5 °C ja gofreeritud jahutusribide oma 133,5 °C.Seetõttu on gofreeritud õhkjahutusega radiaatori jahutusvõimsus parem kui sirge hammastega õhkjahutusega radiaatoril, kuid nende kahe ribide korpuse temperatuuri ühtlus on suhteliselt halb, mis mõjutab jahutusvõimet rohkem. radiaatorist.
Joonis 5.Sirgete ja laineliste uimede temperatuuriväli
2.2 Plaatribidega õhkjahutusega radiaator
Plaatribidega õhkjahutusega radiaatori konstruktsiooniparameetrid on järgmised: tuulutusosa kõrgus 100 mm, ribide pikkus 240 mm, ribide vahe 4 mm, vastuvoolu kiirus jahutusõhu kiirus on 8 m/s ja soojusvoo tihedus 4,81 W/cm2.Temperatuuri tõus on 45°C, jahutusõhu rõhukadu 460 Pa ja soojuse hajumine ruumalaühiku kohta 374 kW/m3.Võrreldes gofreeritud õhkjahutusega radiaatoriga on soojuseraldusvõime mahuühiku kohta suurenenud 52,7%, kuid ka õhurõhukadu on suurem.
2.3 Kühvlihammas õhkjahutusega radiaator
Alumiiniumist kühvlihammasradiaatori soojustõhususe mõistmiseks on ribi kõrgus 15 mm, ribi pikkus 150 mm, ribi paksus 1 mm, ribide vahe 1 mm ja jahutusõhk otsesuunas. kiirus on 5,4 m/s.Kühvlihammas õhkjahutusega radiaator soojusvoo tihedusega 2,7 W/cm2tehti temperatuuri tõusu test.Katsetulemused näitavad, et radiaatori jõuelemendi kinnituspinna temperatuur on 74,2°C, radiaatori temperatuuritõus 44,8K, jahutusõhu rõhukadu 460 Pa ja soojuse hajumine mahuühiku kohta ulatub 4570 kW/m.3.
3 Järeldus
Ülaltoodud testitulemuste põhjal saab teha järgmised järeldused.
(1) Õhkjahutusega radiaatori jahutusvõimsus on sorteeritud kõrge ja madala: kühvlihammas õhkjahutusega radiaator, plaatribiga õhkjahutusega radiaator, laineline õhkjahutusega radiaator ja sirge hambaga õhkjahutusega radiaator.
(2) Temperatuuride erinevus lainelise õhkjahutusega radiaatori ja sirgete hammastega õhkjahutusega radiaatori ribide vahel on suhteliselt suur, mis mõjutab oluliselt radiaatori jahutusvõimsust.
(3) Loodusliku õhkjahutusega radiaatoril on parim ribide vahe, mis on võimalik saada katse või teoreetilise arvutusega.
(4) Kühvlihambaga õhkjahutusega radiaatori tugeva jahutusvõimsuse tõttu saab seda kasutada suure kohaliku soojusvoo tihedusega elektroonikaseadmetes.
Allikas: mehaanika- ja elektrotehnikatehnoloogia, 50. köide, 06. väljaanne
Autorid: Sun Yuanbang, Li Feng, Wei Zhiyu, Kong Lijun, Wang Bo, CRRC Dalian Locomotive Research Institute Co., Ltd.
lahtiütlemine
Ülaltoodud sisu pärineb Internetis leiduvast avalikust teabest ja seda kasutatakse ainult suhtlemiseks ja tööstuses õppimiseks.Artikkel on autori sõltumatu arvamus ja ei esinda DONGXU HYDRAULICSi seisukohta.Kui on probleeme teose sisuga, autoriõigustega vms, võtke meiega ühendust 30 päeva jooksul pärast selle artikli avaldamist ja me kustutame vastava sisu koheselt.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.tal on kolm tütarettevõtet:Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd., Guangdong Kaidun Fluid Transmission Co., Ltd.jaGuangdong Bokade Radiator Material Co., Ltd.
ValdusettevõteFoshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.: Ningbo Fenghua nr 3 hüdraulikaosade tehas, jne.
Foshan Nanhai Dongxu Hydraulic Machinery Co., Ltd.
&Jiangsu Helike Fluid Technology Co., Ltd.
MAIL: Jaemo@fsdxyy.com
VEEB: www.dxhydraulics.com
WHATSAPP/SKYPE/TEL/WECHAT: +86 139-2992-3909
LISA: Tehasehoone 5, piirkond C3, Xingguangyuani tööstusbaas, Yanjiang South Road, Luocuni tänav, Nanhai piirkond, Foshan City, Guangdongi provints, Hiina 528226
& nr 7 Xingye Road, Zhuxi tööstusliku koondumise tsoon, Zhoutie linn, Yixingi linn, Jiangsu provints, Hiina
Postitusaeg: 27. märts 2023